AP1000培訓(xùn)堆芯設(shè)計(jì)

1、AP1000培訓(xùn)堆芯設(shè)計(jì)目錄目的堆芯設(shè)計(jì)整體特點(diǎn)反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)堆芯設(shè)計(jì)引用資料目的介紹AP1000核電站堆芯及堆芯設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí) 芯-堆芯- AP1000的堆芯Advanced Passive LWR先進(jìn)的非能動(dòng)的輕水堆第三代核電站第三代核電站的概念： 相對(duì)實(shí)現(xiàn)了系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的第二代技術(shù)而言具有更高的安全性和經(jīng)濟(jì)性，滿足UtilityRD（美國用戶要求文件）和EUR要求的先進(jìn)性機(jī)組URD對(duì)新建電站的主要要求：更大的功率（100150萬千瓦）更高的安全性更長的壽命（60年）更短的建設(shè)周期（4852個(gè)月）更好的經(jīng)濟(jì)性第三代核電站（續(xù)）更高的安全目標(biāo) 堆芯熱工安全裕量 15%（19%） 堆芯融化概率 1

2、.0*10E-5/堆（ 5.08*10E-7/堆） 大量放射性向環(huán)境釋放概率 1.0*10E-6/堆（ 5.94*10E-8/堆） 可利用因子 87%（93%）第三代核電站（續(xù)）更高的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)造價(jià)大大降低約為1200美元/KWe （批量化后大幅降低造價(jià)）(2200/1760)生產(chǎn)成本大大降低約3.4美分/KWhAP1000堆芯設(shè)計(jì)整體特點(diǎn)AP1000 的堆芯保持了傳統(tǒng)壓水堆（314）的堆芯構(gòu)造(比利時(shí)的Doel 4 和Tihange 3) ；堆芯核設(shè)計(jì)依據(jù)與第二代壓水堆基本相同；從首爐料開始就實(shí)現(xiàn)18 個(gè)月長燃料循環(huán)；設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)內(nèi)容與第二代壓水堆相比有一定改進(jìn)；達(dá)到第三代壓水堆的要求；具備

3、不調(diào)硼負(fù)荷跟隨能力。反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)堆芯壓力容器剖面圖堆芯田灣表示，共計(jì)42個(gè)通道MA： MSHIM 灰棒組 A MB： MSHIM 灰棒組 BMC： MSHIM 灰棒組 C MD： MSHIM 灰棒組 DM1： MSHIM 黑棒組 1 M2： MSHIM 黑棒組 2AO： A.O. 控制棒組SD1：停堆棒組1 SD2：停堆棒組2SD3：停堆棒組3 SD4：停堆棒組4堆芯相關(guān)信息反應(yīng)堆堆芯由燃料組件、離散式可燃毒物組件、黑體控制棒組件（RCCA）、灰體控制棒組件（GRCA）、中子源組件構(gòu)成AP1000 堆芯有157 組燃料組件（163）堆芯活性區(qū)高度為4.267m（3.55）42個(gè)堆芯測量通道69束

4、控制棒組件組件田灣田灣燃料組件相關(guān)信息燃料組件由上管座、下管座、燃料棒、導(dǎo)向管、儀表管和定位格架組成(ROBUST，2.354.45)組件中燃料棒采用17 x 17 排列（括264 根燃料棒，24 根控制棒導(dǎo)向管和1 根儀表管）（311+18+1）儀表管位于中間位置，為堆芯中子通量測量和溫度測量探測器提供測量通道 導(dǎo)向管提供黑棒RCCA、灰棒GRCA和中子源組件、可燃毒物組件和阻力塞組件的插入通道 每個(gè)燃料組件有2個(gè)頂部和底部格架，8個(gè)中間格架，4個(gè)中間攪混格架和一個(gè)底部保護(hù)格架 初始堆芯 燃料組件內(nèi)的燃料棒富集度是53x2.35 + 52x3.40 +52x4.45使用1558 根硼玻璃可燃

5、毒物棒和8832 根IFBA 可燃毒物棒；69 束控制棒（16 束灰棒，53束黑棒）每束灰棒由4 根 Ag-In-Cd 棒和20 根不銹鋼棒組成黑棒則由24 根 Ag-In-Cd 棒組成17X17 14 英尺（426.72 厘米）Robust 燃料組件；具備不調(diào)硼負(fù)荷跟隨能力最大燃料組件卸載燃耗58,000 MWD/TU和最大燃料棒燃耗62,000 MWD/TU 燃料棒燃料棒相關(guān)信息燃料棒是由ZIRLO包殼管(低錫低鐵無鉻加鈮鋯合金 )、二氧化鈾陶瓷芯塊、壓緊彈簧、上端塞和下端塞組成燃料芯塊是圓柱體，芯塊端面為碟形，以允許有更多的軸向膨脹和增加裂變氣體的貯存空間燃料棒的空腔和間隙可以容納燃料釋

6、放的裂變氣體，補(bǔ)償包殼和燃料之間不同的熱膨脹和輻照期間燃料密度的改變 一些AP1000燃料棒還包含一體化燃料可燃吸收體（IFBA），IFBA是包覆硼化物層的芯塊或二氧化鈾和氧化釓混合的燃料芯塊 控制棒布置控制棒組件 控制棒相關(guān)信息控制棒組件按棒束中吸收體的材料和功能分為兩類：RCCA黑棒和GRCA灰棒 RCCA（銀-銦-鎘合金 ）分為三類：溫度控制棒、軸向功率分布控制棒和停堆棒 灰棒用于負(fù)荷跟蹤操作，提供機(jī)械補(bǔ)償替代使用改變硼濃度的化學(xué)補(bǔ)償 可燃毒物組件和中子源組件可燃毒物由環(huán)形薄壁的氧化鋁芯塊組成，氧化鋁(Al2O3)芯塊中含有作為碳化硼(B4C)材料的B10 反應(yīng)堆中有2個(gè)初級(jí)和2個(gè)次級(jí)中

7、子源組件初級(jí)源棒含有一個(gè)放射性材料，在初始堆芯裝料、啟動(dòng)和初始堆芯運(yùn)行初期自發(fā)地發(fā)射中子次級(jí)中子源棒含有一個(gè)穩(wěn)定的中子源材料，在堆內(nèi)運(yùn)行期間被活化，材料被活化后會(huì)釋放中子 堆芯設(shè)計(jì)基準(zhǔn)在工況I 和工況II 下不希望發(fā)生燃料破損，也就是燃料棒包殼壓力邊界被破壞?？赡軙?huì)發(fā)生少量的燃料破損，但必須處于核電廠凈化系統(tǒng)的凈化能力之內(nèi)并與電廠設(shè)計(jì)基準(zhǔn)保持一致在出現(xiàn)工況III 后，僅有少量燃料棒破損，反應(yīng)堆能返回安全狀態(tài)。在發(fā)生工況IV 后，反應(yīng)堆能重建一個(gè)安全狀態(tài)，即維持堆芯次臨界并保持冷卻堆芯的幾何形狀堆芯設(shè)計(jì)基準(zhǔn)燃料組件應(yīng)能經(jīng)承受運(yùn)輸、操作和堆芯裝載中引起的非運(yùn)行載荷作用燃料組件可接受控制棒的提升和下

8、插，以便為功率運(yùn)行和反應(yīng)性停堆狀態(tài)提供所需的反應(yīng)性控制。燃料組件可為堆芯測量儀表的插入提供通道反應(yīng)堆壓力容器和堆內(nèi)構(gòu)件，與燃料組件結(jié)構(gòu)一道，引導(dǎo)反應(yīng)堆冷卻劑流經(jīng)堆芯。由于存在流量分配和旁通流量問題，熱量傳輸性能要求必須滿足各種運(yùn)行模式的要求燃料棒的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的要求，以使燃料棒的燃耗水平達(dá)到設(shè)計(jì)卸料燃耗堆芯設(shè)計(jì)組成部分堆芯核設(shè)計(jì)熱工水力設(shè)計(jì)堆芯水力設(shè)計(jì)堆芯監(jiān)測儀表核設(shè)計(jì)工具使用新版 APA 程序包進(jìn)行堆芯核設(shè)計(jì)。主要程序如下：用多群（70 群）兩維輸運(yùn)理論組件能譜程序PHOENIX-P 計(jì)算燃料組件均勻化兩群擴(kuò)散參數(shù)及反射層參數(shù)。核數(shù)據(jù)庫采用ENDF/B VI 庫用三維兩群節(jié)塊展開法擴(kuò)散

9、理論程序ANC 進(jìn)行堆芯計(jì)算（包括功率分布、燃耗、臨界硼濃度、反應(yīng)性系數(shù)、控制棒價(jià)值等等主要的核設(shè)計(jì)內(nèi)容）用一維兩群細(xì)網(wǎng)擴(kuò)散理論程序APOLLO 進(jìn)行軸向功率分布、控制棒微分價(jià)值、負(fù)荷跟隨、功率能力分析等設(shè)計(jì)計(jì)算。用積分輸運(yùn)理論程序LASER 計(jì)算燃料棒內(nèi)部功率分布核設(shè)計(jì)的概念反應(yīng)堆是個(gè)持續(xù)變化的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)有核裂變、裂變產(chǎn)物的積累、堆芯冷卻劑溫度的變化、控制棒的移動(dòng)等動(dòng)態(tài)因素堆芯重要參數(shù)如反應(yīng)性、中子通量分布、燃料燃耗等都是隨時(shí)間、空間發(fā)布變化的核設(shè)計(jì)就是通過計(jì)算模型對(duì)這些變化進(jìn)行分析核設(shè)計(jì)重要參數(shù)燃耗，核燃料消耗的度量NRC批準(zhǔn)的最大平均燃耗為60000MWd/tU反應(yīng)性 %反應(yīng)性系數(shù) %/單

10、位負(fù)反應(yīng)性反饋：負(fù)燃料溫度系數(shù)；功率運(yùn)行時(shí)有負(fù)的慢化劑溫度系數(shù)反應(yīng)性控制（控制棒和硼酸）功率分布控制：功率峰因子小于限值停堆裕量：小于限值穩(wěn)定性：氙震蕩穩(wěn)定熱工水力設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)使堆芯裂變能傳遞到二環(huán)路系統(tǒng)設(shè)計(jì)使停堆后把堆芯余熱傳出來同時(shí)確定電廠的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，對(duì)核設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、測量儀表等提出設(shè)計(jì)要求堆芯熱工水力設(shè)計(jì)中的DNB 分析采用全統(tǒng)計(jì)方法（Revised Thermal DesignProcedure -RTDP）熱工水力設(shè)計(jì)的重要參數(shù)偏離泡核沸騰DNB偏離泡核沸騰比DNBR DNBR=臨界熱流密度/最大熱流密度熱管因子 Fq=線功率密度峰值/線功率密度平均值 Ql=We/157/264/426.7瓦/cm燃料溫度和包殼溫度 燃料熔點(diǎn)2593堆芯水力設(shè)計(jì)概念 對(duì)堆芯流量大小、流量分配、堆芯阻力及流量的不穩(wěn)定性等進(jìn)行計(jì)算預(yù)計(jì)主要參數(shù)： 堆芯流量大小 堆芯阻力及壓降 流量的不穩(wěn)定性堆芯監(jiān)測儀表堆芯功率和功率分布測量系統(tǒng)（IIS）金屬撞擊監(jiān)測系統(tǒng)（松動(dòng)件）引用資料核電專刊（AP1000)非能動(dòng)安全先進(jìn)核電廠AP1000AP1000研究