技术类ap1000系统第1章反应堆及主冷却剂01节

第一节反应堆本体系统授课人：日期：中电投高级培训中心02三月20232主要内容1.1系统功能1.2系统描述1.3主要设备结构及工作原理1.4主要技术参数中电投高培中心02三月20233要求中电投高培中心1)了解反应堆本体系统的主要功能。2)熟悉反应堆本体系统的主要部件结构。3)记住燃料组件结构。4)熟悉控制棒组件结构、作用和工作原理。5)了解堆芯基本设计要求。6)熟悉控制棒驱动机构结构和工作原理。7)记住反应堆的主要设计参数。02三月202341反应堆本体系统功能中电投高培中心02三月20235系统的概念及系统划分1）系统定义:为了实现某项或某些功能而设置的一些设备组合。2）AP1000系统清单:分核岛、常规岛、BOP、电气、仪控五大部分；共118个系统；系统清单见附件。中电投高培中心系统主要功能将燃料和裂变产物包容在燃料包壳内；提供多种方式来控制堆芯的剩余反应性。通过改变控制棒棒位、冷却剂中的溶解硼含量或其它毒物数量均可以控制堆芯的反应性；提供一个完整的压力边界以包容反应堆冷却剂、堆芯和裂变产物。反应堆压力容器是冷却剂的第一道安全屏障，是裂变产物的第二道安全屏障；为燃料组件提供支撑，并维持燃料组件的方位；为反应堆冷却剂提供流道以充分导出堆芯产生的热量；在停堆以后为冷却剂提供流道，通过自然循环或强迫循环的方式导出堆芯余热。6系统描述反应堆本体系统主要包括以下部件：—堆芯—堆内构件—压力容器—控制棒驱动机构—一体化上封头—堆芯仪表系统等702三月202382反应堆本体系统描述中电投高培中心02三月20239反应堆本体结构图中电投高培中心02三月2023103反应堆本体系统主要设备及工作原理中电投高培中心反应堆压力容器压力容器由带半球形下封头的圆筒段和半球形上封头组成。上封头可以拆卸，与圆筒段通过法兰连接。圆筒段由两部分筒体组成：上筒体和下筒体。过渡环用来连接下筒体和半球形下封头。上筒体、下筒体、过渡环和下封头由低合金碳钢制造，并堆焊奥氏体不锈钢。上筒体与下筒体、下筒体与过渡环、过渡环与下封头均采用焊接连接。11反应堆压力容器反应堆压力容器反应堆压力容器属于安全A级、抗震I类设备；设计压力：17.1MPa设计温度：3430C设计寿命：60年12反应堆压力容器1.AP1000RPV基于西屋公司三环路RPV的改进；2.RPV约13.88m高，活性段部位内径为4.0386m,法兰外径Φ4780mm；3.采用低合金钢锻件和板材制造，筒体壁厚203mm并带有5.6mm厚的内部堆焊层；4.低于堆芯顶部以下的位置无贯穿接管；5.采用一体化堆顶结构；6.筒体底部无开口。13反应堆压力容器功能（1）承压及放射性核素的第二道屏障支承RIs和堆芯RPV内部凸缘，堆芯吊篮法兰4个支承垫构成梁型内支承RIs的落位与对中径向键14反应堆压力容器功能(2)引导冷却剂的流向4个直经558.8mm的进口冷管咀环形下降段2个直径787.4mm的出口热管咀管咀支承和连接一回路冷却剂管道直接向压力容器进行安全注入冷、热管咀的高度差有利于RCP的维护和“半管”运行四个进口（4－Φ560mm）、二个出口（2－Φ787mm）和二个安注（2－Φ219mm），分别处在三个横截面上。15反应堆压力容器功能(3)定位和支承控制棒驱动机构堆芯仪表堆芯仪表管和CRDM的接咀被焊在RPV上封头上Inconel-690合金“J型坡口”焊缝16反应堆压力容器重型锻件活性段锻件材料要求高，锻件需钢锭重量约300-350吨，难度大！材料母材SA-508Grade3Class1辐射脆化活性区寿期未中子通量（E﹥1.0MeV）为9E19n/cm2RTNDT（Referencenilductilitytemperature）：低于-12.20C/-28.90C不锈钢堆焊层308L（309L打底）NI-Cr-Fe合金69017AP1000一体化堆顶结构(IHP)IHP将下列多项设备/部件组合为一个组件:起吊环CRDMs的抗震支承CRDMS的冷却设施反应堆顶部通风、电气与仪表控制电缆的支承堆内仪表系统的导管RPV头部固定螺栓拉伸机的支座简化反应堆换料在换料期间，通过与压力容器顶盖移动联合操作，减少了停堆时间和人员辐射剂量，同时减少放置空间。18一体化堆顶盖图19堆内构件（1）下部堆内构件下部堆内构件包括堆芯吊篮、堆芯下支撑板、二次堆芯支撑结构、涡流抑制板、堆芯围板、辐照监督套管、径向支撑结构和相应的附件。反应堆运行期间，吊篮引导冷却剂从压力容器进口接管进入下降段，然后进入下腔室。冷却剂转向后向上流经堆芯下支撑板，然后进入堆芯区域。小部分的旁通流量流不经过堆芯，用来冷却压力容器顶盖和堆芯围板。20下部堆内构件21堆内构件（2）上部堆内构件上部堆内构件位于堆芯上部，由上部支撑板、支撑柱、上堆芯板、控制棒导向管和相应的附件组成。运行期间，冷却剂从堆芯向上流过上堆芯板，然后经出口接管流出。22上部堆内构件23堆芯堆芯和燃料组件是反应堆本体系统的主要组成部分，也是反应堆本体系统热量产生的源泉。反应堆堆芯由核燃料组件、棒束控制组件、灰棒控制组件、可燃毒物棒组件、中子源棒组件、阻力塞棒组件组成。24AP1000燃料组件核裂变原料：铀235，浓集度2.35%-4.8%。原料制成陶瓷芯块(二氧化铀)，每块手指大小。把芯块堆放入锆合金管内，充氦密封成外径0.95㎝含有434块芯块的单根铀棒。把铀棒排列成17x17正方阵构成燃料组件，每个燃料组件有264根燃料棒，24根控制棒导管，以及1根中央测量管。总重115kg。25燃料棒26燃料组件燃料组件包括下管座、上管座、定位格架、导向管和仪表导管。AP1000采用最先进的RobustXL燃料组件。共有157盒组件。全锆组件(除顶板、底座和顶部格架为Ni-Cr-Fe合金外):全部结构材料由锆合金ZIRLO制成。锆合金吸收中子小,机械性能好,抗腐蚀和耐辐照。可拆卸的顶板；底座有一个保护格架，其过滤器可以防止杂物进入堆芯；在高热流密度区有四个混流格架，用于改善传热。组件设计燃耗值60000Mwd/t,燃料单棒为62000Mwd/t。27燃料组件结构图（1）28燃料组件结构图（2）29控制棒和灰(控制)棒控制棒与西屋目前运行的核电站非常相似银-铟-镉合金(吸收中子的材料)封包在不锈钢管内。每束控制棒束组件由24根单棒组成。共有53束控制棒束组件。灰棒在构造上与控制棒相似共有16束灰棒束组件。每束灰棒束组件由以下两部分组成:12根不锈钢单棒,和12根银-铟-镉单棒。30控制棒材料吸收中子能力31控制棒组件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％额定功率以上的负荷跟踪。灰棒由驱动机构传动，进出堆芯来改变功率，以适应电网负荷变化。它代替过去用改变冷却水的硼浓度来跟踪负荷的方法。改变硼浓度会产生废水,采用灰棒可减少废水量。启堆、停堆和补偿燃料消耗仍要靠凋节硼浓度。33控制棒在堆芯的位置分布34灰(控制)棒组件35其它组件可燃毒物组件可燃毒物组件由压紧体和连接在上面的可燃毒物棒组成。典型的可燃毒物棒是将硼基芯块装入不锈钢或锆合金包壳中。包壳内预先充入氦气，两端密封。中子源组件中子源组件可以使反应堆能够安全可靠地启动，并可以通过测量通道获得可测的中子通量水平，克服反应堆首次启动时的核测量盲区。36可燃毒物组件37控制棒驱动机构控制棒驱动机构的主要作用是在堆芯中以特定的速度插入和抽出53组控制棒组件和16组灰棒控制组件，以控制堆芯平均温度。在启动和停堆过程中，则用于控制反应性的变化。控制棒驱动机构由承压壳体、线圈组件、销爪组件和驱动杆组件组成。控制棒驱动机构采用磁力提升的销爪组件来控制驱动杆的运动。销爪组件的动作受保持线圈、传递线圈和提升线圈的得失电次序控制，而三个线圈的控制脉冲由程序自动控制，从而最终实现了对控制棒运动的控制。38控制棒驱动机构图39燃料装载特点换料周期18个月至24个月。可采用不同的燃料装载方案。低洩漏燃料装载方案(In-Out)使中子洩漏小，因而可增加燃耗值和延长压力壳寿命。从第一炉装载开始，就使用先进的六区低洩漏燃料装载方案,以便较快地过渡到三区的平衡态低洩漏燃料装载方案。40堆芯流量设计保证有94.1%的流量流过堆芯的燃料棒区域,以有效冷却燃料棒。堆芯旁通流量不大于5.9%。这部分旁通流量包括:流经控制棒导管、堆芯围板外、顶盖冷却喷嘴、出口接管等的水流。流量导致的堆内构件的振动应小于规定要求。以上设计通过计算和流量分配实验和流致振动试验来验证；并通过电站初次启动测量证实。41堆芯热工设计正常运行(一类工况)和予期瞬态(二类工况)时，燃料棒中心线温度不超过UO2的熔点。偏离泡核沸腾比(DNBR)≥1.14(用WRB-2M关系式)未辐照过的UO2熔点定为2804.4℃(5080℉),每增加10,000MWD/MTU的燃耗，熔点下降14.4℃(58℉)。AP1000选定2593℃(4700℉)作为在62,000MWD/MTU最大燃耗时的UO2温度限值,此温度也作为其他燃耗值时的的燃料中心线温度的计算限值。AP1000设计保持稳定的燃料几何形状,并排除熔融UO2对包壳的各种可能的有害效应。42偏离泡核沸腾比(DNBR)DNBR=qcr/qmax其中,qmax=燃料棒上的最大热流密度 qcr=在同一位置上的临界热流密度43堆芯仪表设计堆芯仪表由42个堆内仪表组件组成。每个堆内仪表组件又由多个固定的堆芯探测器和一个热电偶组成。每个仪表组件插入固定在燃料组件的中央导管内，导线从压力容器顶部引出。堆芯仪表系统的主要功能是提供一个堆芯的三维(3D)中子流分布图,以刻度堆外的中子探测器(提供超功率超温停堆保护的信号输入),监测堆芯出口温度,和提供有关优化堆芯性能的信息。在主控制室显示测量分析结果，并有警告信号,告知操纵员已超过限值。44堆内测量仪表4502三月2023464反应堆本体系统主要参数中电投高培中心燃料组件主要设计参数燃料组件设计