技術(shù)類ap1000系統(tǒng)第1章反應(yīng)堆及主冷卻劑01節(jié)

第一節(jié)反應(yīng)堆本體系統(tǒng)授課人：日期：中電投高級(jí)培訓(xùn)中心02三月20232主要內(nèi)容1.1系統(tǒng)功能1.2系統(tǒng)描述1.3主要設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理1.4主要技術(shù)參數(shù)中電投高培中心02三月20233要求中電投高培中心1)了解反應(yīng)堆本體系統(tǒng)的主要功能。2)熟悉反應(yīng)堆本體系統(tǒng)的主要部件結(jié)構(gòu)。3)記住燃料組件結(jié)構(gòu)。4)熟悉控制棒組件結(jié)構(gòu)、作用和工作原理。5)了解堆芯基本設(shè)計(jì)要求。6)熟悉控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和工作原理。7)記住反應(yīng)堆的主要設(shè)計(jì)參數(shù)。02三月202341反應(yīng)堆本體系統(tǒng)功能中電投高培中心02三月20235系統(tǒng)的概念及系統(tǒng)劃分1）系統(tǒng)定義:為了實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)或某些功能而設(shè)置的一些設(shè)備組合。2）AP1000系統(tǒng)清單:分核島、常規(guī)島、BOP、電氣、儀控五大部分；共118個(gè)系統(tǒng)；系統(tǒng)清單見附件。中電投高培中心系統(tǒng)主要功能將燃料和裂變產(chǎn)物包容在燃料包殼內(nèi)；提供多種方式來(lái)控制堆芯的剩余反應(yīng)性。通過改變控制棒棒位、冷卻劑中的溶解硼含量或其它毒物數(shù)量均可以控制堆芯的反應(yīng)性；提供一個(gè)完整的壓力邊界以包容反應(yīng)堆冷卻劑、堆芯和裂變產(chǎn)物。反應(yīng)堆壓力容器是冷卻劑的第一道安全屏障，是裂變產(chǎn)物的第二道安全屏障；為燃料組件提供支撐，并維持燃料組件的方位；為反應(yīng)堆冷卻劑提供流道以充分導(dǎo)出堆芯產(chǎn)生的熱量；在停堆以后為冷卻劑提供流道，通過自然循環(huán)或強(qiáng)迫循環(huán)的方式導(dǎo)出堆芯余熱。6系統(tǒng)描述反應(yīng)堆本體系統(tǒng)主要包括以下部件：—堆芯—堆內(nèi)構(gòu)件—壓力容器—控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)—一體化上封頭—堆芯儀表系統(tǒng)等702三月202382反應(yīng)堆本體系統(tǒng)描述中電投高培中心02三月20239反應(yīng)堆本體結(jié)構(gòu)圖中電投高培中心02三月2023103反應(yīng)堆本體系統(tǒng)主要設(shè)備及工作原理中電投高培中心反應(yīng)堆壓力容器壓力容器由帶半球形下封頭的圓筒段和半球形上封頭組成。上封頭可以拆卸，與圓筒段通過法蘭連接。圓筒段由兩部分筒體組成：上筒體和下筒體。過渡環(huán)用來(lái)連接下筒體和半球形下封頭。上筒體、下筒體、過渡環(huán)和下封頭由低合金碳鋼制造，并堆焊奧氏體不銹鋼。上筒體與下筒體、下筒體與過渡環(huán)、過渡環(huán)與下封頭均采用焊接連接。11反應(yīng)堆壓力容器反應(yīng)堆壓力容器反應(yīng)堆壓力容器屬于安全A級(jí)、抗震I類設(shè)備；設(shè)計(jì)壓力：17.1MPa設(shè)計(jì)溫度：3430C設(shè)計(jì)壽命：60年12反應(yīng)堆壓力容器1.AP1000RPV基于西屋公司三環(huán)路RPV的改進(jìn)；2.RPV約13.88m高，活性段部位內(nèi)徑為4.0386m,法蘭外徑Φ4780mm；3.采用低合金鋼鍛件和板材制造，筒體壁厚203mm并帶有5.6mm厚的內(nèi)部堆焊層；4.低于堆芯頂部以下的位置無(wú)貫穿接管；5.采用一體化堆頂結(jié)構(gòu)；6.筒體底部無(wú)開口。13反應(yīng)堆壓力容器功能（1）承壓及放射性核素的第二道屏障支承RIs和堆芯RPV內(nèi)部凸緣，堆芯吊籃法蘭4個(gè)支承墊構(gòu)成梁型內(nèi)支承RIs的落位與對(duì)中徑向鍵14反應(yīng)堆壓力容器功能(2)引導(dǎo)冷卻劑的流向4個(gè)直經(jīng)558.8mm的進(jìn)口冷管咀環(huán)形下降段2個(gè)直徑787.4mm的出口熱管咀管咀支承和連接一回路冷卻劑管道直接向壓力容器進(jìn)行安全注入冷、熱管咀的高度差有利于RCP的維護(hù)和“半管”運(yùn)行四個(gè)進(jìn)口（4－Φ560mm）、二個(gè)出口（2－Φ787mm）和二個(gè)安注（2－Φ219mm），分別處在三個(gè)橫截面上。15反應(yīng)堆壓力容器功能(3)定位和支承控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)堆芯儀表堆芯儀表管和CRDM的接咀被焊在RPV上封頭上Inconel-690合金“J型坡口”焊縫16反應(yīng)堆壓力容器重型鍛件活性段鍛件材料要求高，鍛件需鋼錠重量約300-350噸，難度大！材料母材SA-508Grade3Class1輻射脆化活性區(qū)壽期未中子通量（E﹥1.0MeV）為9E19n/cm2RTNDT（Referencenilductilitytemperature）：低于-12.20C/-28.90C不銹鋼堆焊層308L（309L打底）NI-Cr-Fe合金69017AP1000一體化堆頂結(jié)構(gòu)(IHP)IHP將下列多項(xiàng)設(shè)備/部件組合為一個(gè)組件:起吊環(huán)CRDMs的抗震支承CRDMS的冷卻設(shè)施反應(yīng)堆頂部通風(fēng)、電氣與儀表控制電纜的支承堆內(nèi)儀表系統(tǒng)的導(dǎo)管RPV頭部固定螺栓拉伸機(jī)的支座簡(jiǎn)化反應(yīng)堆換料在換料期間，通過與壓力容器頂蓋移動(dòng)聯(lián)合操作，減少了停堆時(shí)間和人員輻射劑量，同時(shí)減少放置空間。18一體化堆頂蓋圖19堆內(nèi)構(gòu)件（1）下部堆內(nèi)構(gòu)件下部堆內(nèi)構(gòu)件包括堆芯吊籃、堆芯下支撐板、二次堆芯支撐結(jié)構(gòu)、渦流抑制板、堆芯圍板、輻照監(jiān)督套管、徑向支撐結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的附件。反應(yīng)堆運(yùn)行期間，吊籃引導(dǎo)冷卻劑從壓力容器進(jìn)口接管進(jìn)入下降段，然后進(jìn)入下腔室。冷卻劑轉(zhuǎn)向后向上流經(jīng)堆芯下支撐板，然后進(jìn)入堆芯區(qū)域。小部分的旁通流量流不經(jīng)過堆芯，用來(lái)冷卻壓力容器頂蓋和堆芯圍板。20下部堆內(nèi)構(gòu)件21堆內(nèi)構(gòu)件（2）上部堆內(nèi)構(gòu)件上部堆內(nèi)構(gòu)件位于堆芯上部，由上部支撐板、支撐柱、上堆芯板、控制棒導(dǎo)向管和相應(yīng)的附件組成。運(yùn)行期間，冷卻劑從堆芯向上流過上堆芯板，然后經(jīng)出口接管流出。22上部堆內(nèi)構(gòu)件23堆芯堆芯和燃料組件是反應(yīng)堆本體系統(tǒng)的主要組成部分，也是反應(yīng)堆本體系統(tǒng)熱量產(chǎn)生的源泉。反應(yīng)堆堆芯由核燃料組件、棒束控制組件、灰棒控制組件、可燃毒物棒組件、中子源棒組件、阻力塞棒組件組成。24AP1000燃料組件核裂變?cè)希衡?35，濃集度2.35%-4.8%。原料制成陶瓷芯塊(二氧化鈾)，每塊手指大小。把芯塊堆放入鋯合金管內(nèi)，充氦密封成外徑0.95㎝含有434塊芯塊的單根鈾棒。把鈾棒排列成17x17正方陣構(gòu)成燃料組件，每個(gè)燃料組件有264根燃料棒，24根控制棒導(dǎo)管，以及1根中央測(cè)量管。總重115kg。25燃料棒26燃料組件燃料組件包括下管座、上管座、定位格架、導(dǎo)向管和儀表導(dǎo)管。AP1000采用最先進(jìn)的RobustXL燃料組件。共有157盒組件。全鋯組件(除頂板、底座和頂部格架為Ni-Cr-Fe合金外):全部結(jié)構(gòu)材料由鋯合金ZIRLO制成。鋯合金吸收中子小,機(jī)械性能好,抗腐蝕和耐輻照。可拆卸的頂板；底座有一個(gè)保護(hù)格架，其過濾器可以防止雜物進(jìn)入堆芯；在高熱流密度區(qū)有四個(gè)混流格架，用于改善傳熱。組件設(shè)計(jì)燃耗值60000Mwd/t,燃料單棒為62000Mwd/t。27燃料組件結(jié)構(gòu)圖（1）28燃料組件結(jié)構(gòu)圖（2）29控制棒和灰(控制)棒控制棒與西屋目前運(yùn)行的核電站非常相似銀-銦-鎘合金(吸收中子的材料)封包在不銹鋼管內(nèi)。每束控制棒束組件由24根單棒組成。共有53束控制棒束組件?；野粼跇?gòu)造上與控制棒相似共有16束灰棒束組件。每束灰棒束組件由以下兩部分組成:12根不銹鋼單棒,和12根銀-銦-鎘單棒。30控制棒材料吸收中子能力31控制棒組件32灰棒的用途灰棒吸收中子的能力低于黑控制棒,用于在30％額定功率以上的負(fù)荷跟蹤。灰棒由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，進(jìn)出堆芯來(lái)改變功率，以適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化。它代替過去用改變冷卻水的硼濃度來(lái)跟蹤負(fù)荷的方法。改變硼濃度會(huì)產(chǎn)生廢水,采用灰棒可減少?gòu)U水量。啟堆、停堆和補(bǔ)償燃料消耗仍要靠凋節(jié)硼濃度。33控制棒在堆芯的位置分布34灰(控制)棒組件35其它組件可燃毒物組件可燃毒物組件由壓緊體和連接在上面的可燃毒物棒組成。典型的可燃毒物棒是將硼基芯塊裝入不銹鋼或鋯合金包殼中。包殼內(nèi)預(yù)先充入氦氣，兩端密封。中子源組件中子源組件可以使反應(yīng)堆能夠安全可靠地啟動(dòng)，并可以通過測(cè)量通道獲得可測(cè)的中子通量水平，克服反應(yīng)堆首次啟動(dòng)時(shí)的核測(cè)量盲區(qū)。36可燃毒物組件37控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要作用是在堆芯中以特定的速度插入和抽出53組控制棒組件和16組灰棒控制組件，以控制堆芯平均溫度。在啟動(dòng)和停堆過程中，則用于控制反應(yīng)性的變化?？刂瓢趄?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由承壓殼體、線圈組件、銷爪組件和驅(qū)動(dòng)桿組件組成。控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用磁力提升的銷爪組件來(lái)控制驅(qū)動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)。銷爪組件的動(dòng)作受保持線圈、傳遞線圈和提升線圈的得失電次序控制，而三個(gè)線圈的控制脈沖由程序自動(dòng)控制，從而最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)控制棒運(yùn)動(dòng)的控制。38控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖39燃料裝載特點(diǎn)換料周期18個(gè)月至24個(gè)月?？刹捎貌煌娜剂涎b載方案。低洩漏燃料裝載方案(In-Out)使中子洩漏小，因而可增加燃耗值和延長(zhǎng)壓力殼壽命。從第一爐裝載開始，就使用先進(jìn)的六區(qū)低洩漏燃料裝載方案,以便較快地過渡到三區(qū)的平衡態(tài)低洩漏燃料裝載方案。40堆芯流量設(shè)計(jì)保證有94.1%的流量流過堆芯的燃料棒區(qū)域,以有效冷卻燃料棒。堆芯旁通流量不大于5.9%。這部分旁通流量包括:流經(jīng)控制棒導(dǎo)管、堆芯圍板外、頂蓋冷卻噴嘴、出口接管等的水流。流量導(dǎo)致的堆內(nèi)構(gòu)件的振動(dòng)應(yīng)小于規(guī)定要求。以上設(shè)計(jì)通過計(jì)算和流量分配實(shí)驗(yàn)和流致振動(dòng)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證；并通過電站初次啟動(dòng)測(cè)量證實(shí)。41堆芯熱工設(shè)計(jì)正常運(yùn)行(一類工況)和予期瞬態(tài)(二類工況)時(shí)，燃料棒中心線溫度不超過UO2的熔點(diǎn)。偏離泡核沸騰比(DNBR)≥1.14(用WRB-2M關(guān)系式)未輻照過的UO2熔點(diǎn)定為2804.4℃(5080℉),每增加10,000MWD/MTU的燃耗，熔點(diǎn)下降14.4℃(58℉)。AP1000選定2593℃(4700℉)作為在62,000MWD/MTU最大燃耗時(shí)的UO2溫度限值,此溫度也作為其他燃耗值時(shí)的的燃料中心線溫度的計(jì)算限值。AP1000設(shè)計(jì)保持穩(wěn)定的燃料幾何形狀,并排除熔融UO2對(duì)包殼的各種可能的有害效應(yīng)。42偏離泡核沸騰比(DNBR)DNBR=qcr/qmax其中,qmax=燃料棒上的最大熱流密度 qcr=在同一位置上的臨界熱流密度43堆芯儀表設(shè)計(jì)堆芯儀表由42個(gè)堆內(nèi)儀表組件組成。每個(gè)堆內(nèi)儀表組件又由多個(gè)固定的堆芯探測(cè)器和一個(gè)熱電偶組成。每個(gè)儀表組件插入固定在燃料組件的中央導(dǎo)管內(nèi)，導(dǎo)線從壓力容器頂部引出。堆芯儀表系統(tǒng)的主要功能是提供一個(gè)堆芯的三維(3D)中子流分布圖,以刻度堆外的中子探測(cè)器(提供超功率超溫停堆保護(hù)的信號(hào)輸入),監(jiān)測(cè)堆芯出口溫度,和提供有關(guān)優(yōu)化堆芯性能的信息。在主控制室顯示測(cè)量分析結(jié)果，并有警告信號(hào),告知操縱員已超過限值。44堆內(nèi)測(cè)量?jī)x表4502三月2023464反應(yīng)堆本體系統(tǒng)主要參數(shù)中電投高培中心燃料組件主要設(shè)計(jì)參數(shù)燃料組件設(shè)計(jì)