第IV代核能系統(tǒng)鈉冷快堆燃料和結(jié)構(gòu)材料研發(fā)體系PPT課件

第IV代核能系統(tǒng)鈉冷快堆燃料和結(jié)構(gòu)材料研發(fā)體系 ChinaInstituteofAtomicEnergy 102413 Beijing China 龍斌教授國家能源快堆工程技術(shù)研發(fā) 實(shí)驗(yàn) 中心中國原子能科學(xué)研究院 1 CEFR中的燃料和結(jié)構(gòu)材料CFR600擬使用的結(jié)構(gòu)材料1 CFR600設(shè)計(jì)輸入2 CFR600的選材SFR材料研發(fā)體系近5年的研發(fā)重點(diǎn)1 基于CEFR開展的研發(fā)工作2 針對CFR600設(shè)計(jì)和驗(yàn)證開展的工作3 材料基礎(chǔ)研究 目錄 2 燃料堆芯組件材料主要部件結(jié)構(gòu)材料常規(guī)島及輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料 輔助系統(tǒng)為核2級和3級材料 不論及 CEFR中的燃料和結(jié)構(gòu)材料 堆芯組件及主要部件材料 包括管道 在內(nèi) 不銹鋼總重量約625t 3 控制棒組件8 不銹鋼屏蔽組件 332 CEFR堆芯燃料組件及控制棒組件材料 燃料組件 感謝上海第一機(jī)床廠提供照片 CEFR堆芯布置 CEFR中的燃料和結(jié)構(gòu)材料 4 堆芯組件材料燃料 首爐UO2 氧化物燃料 MOX 燃料組件 包殼 ChS 68 外套管 ChS 68 allRussiansteels CEFR堆芯燃料組件及控制棒組件材料 5 燃料組件 CEFR中的燃料和結(jié)構(gòu)材料 CEFR堆芯燃料組件及控制棒組件材料 CEFR中的燃料和結(jié)構(gòu)材料 6 堆容器及堆內(nèi)主要部件 堆內(nèi)部件材料大部分采用進(jìn)口材料 瑞典和俄羅斯產(chǎn) 部分材料使用國產(chǎn)不銹鋼 CEFR中的燃料和結(jié)構(gòu)材料 7 堆容器及堆內(nèi)主要部件 材料 瑞典進(jìn)口奧氏體鋼316SS功能 堆芯 堆內(nèi)部件及高溫液態(tài)鈉的容器尺寸 內(nèi)徑為7960mm 壁厚50mm 25mm 最大 最小 重量 105噸環(huán)境 鈉溫420oC壽期最大中子注量 1x1018n cm2 主容器 CEFR中的燃料和結(jié)構(gòu)材料 8 堆容器及堆內(nèi)主要部件 材料 俄羅斯產(chǎn)08X16H11M3 相當(dāng)于316不銹鋼 重量 65噸環(huán)境 鈉溫400oC壽期最大中子注量 1x1018n cm2 堆內(nèi)支承 CEFR中的燃料和結(jié)構(gòu)材料 9 堆容器及堆內(nèi)主要部件 材料 瑞典產(chǎn)304SS功能 堆芯組件的支承固定裝置重量 約7 4噸環(huán)境 鈉溫360oC壽期最大中子注量 4 4x1020n cm2 柵板聯(lián)箱 CEFR中的燃料和結(jié)構(gòu)材料 10 堆容器及堆內(nèi)主要部件 材料 俄羅斯產(chǎn)08X16H11M3功能 保持堆芯組件結(jié)構(gòu)完整性重量 約6噸環(huán)境 鈉溫360 530oC壽期最大中子注量 4x1023n cm2 堆芯圍桶 CEFR中的燃料和結(jié)構(gòu)材料 11 堆容器及堆內(nèi)主要部件 材料 國產(chǎn)316SS功能 將高溫液態(tài)鈉導(dǎo)入堆芯和中間熱交換器環(huán)境 鈉溫360oC壽期最大中子注量1x1018n cm2 壓力管部件 CEFR中的燃料和結(jié)構(gòu)材料 12 堆容器及堆內(nèi)主要部件 材料 俄羅斯產(chǎn)08X16H11M3功能 鈉泵的支承結(jié)構(gòu)環(huán)境 鈉溫400oC壽期最大中子注量 1x1018n cm2 泵支承 CEFR中的燃料和結(jié)構(gòu)材料 13 堆容器及堆內(nèi)主要部件 材料 管材及殼體俄羅斯產(chǎn)08X16H11M3支承 國產(chǎn)304SS環(huán)境 鈉溫516 310oC壽期最大中子注量 1x1018n cm2 中間熱交換器 CEFR中的燃料和結(jié)構(gòu)材料 14 蒸汽發(fā)生器 材料 俄羅斯產(chǎn)10X2M功能 高溫鈉三回路水水蒸汽透平機(jī)環(huán)境 鈉側(cè)495oC水側(cè)370oC 壓力 14MPa CEFR中的燃料和結(jié)構(gòu)材料 15 二回路管道材料 管道材料 304不銹鋼參數(shù)管徑 325x12mm 219x10mmTemp ofNainhot leg 495oCTemp ofNaincold leg 310oC流量 274kg s CEFR中的燃料和結(jié)構(gòu)材料 16 燃料組件材料的選材 燃料組件結(jié)構(gòu)材料 17 鈉冷快堆 奧氏體不銹鋼316類不銹鋼改進(jìn)型15 15Ti 鐵素體 馬氏體鋼HT9EM12DIN1 4914PNC FMS ODS合金 燃料組件結(jié)構(gòu)材料 18 堆容器及堆內(nèi)主要部件材料 堆芯圍桶 柵板聯(lián)箱 鈉泵 主容器 中間熱交換器 低的中子輻照劑量 約1dpa高溫鈉 500oC 高溫蠕變應(yīng)力作用 由于功率提升 停堆以及功率瞬態(tài)引起的低周疲勞蠕變 疲勞不同溫度鈉流匯集引起的高周疲勞 19 堆內(nèi)主要部件材料的選材 堆容器及堆內(nèi)主要部件材料 20 堆容器及堆內(nèi)主要部件材料 中間熱交換器 鈉冷快堆 304SS和316SS 鐵素體 馬氏體鋼T91 低碳控氮316LN和304LN 316LN具有更好的高溫機(jī)械性能 高的屈服強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度以及蠕變強(qiáng)度更優(yōu)的抗晶間腐蝕能力T91低的熱膨脹系數(shù) 21 蒸汽發(fā)生器材料的選材 通用性能 與鈉相關(guān)的性能 力學(xué)性能 抗拉強(qiáng)度蠕變強(qiáng)度低周疲勞和高周疲勞蠕變 疲勞交互作用塑性時(shí)效老化 腐蝕 在高溫高壓水中的腐蝕在正常和非正常水化學(xué)條件下的腐蝕 其他 良好的加工性能與可供選擇的材料良好的經(jīng)濟(jì)性 蒸汽發(fā)生器材料 抗拉強(qiáng)度蠕變強(qiáng)度低周疲勞和高周疲勞蠕變 疲勞交互作用塑性 在正常鈉化學(xué)條件下的腐蝕在有鈉水反應(yīng)條件下的腐蝕材料對脫碳的敏感性 22 蒸汽發(fā)生器材料 中間熱交換器 鈉冷快堆 鐵素體鋼2 25Cr1Mo 鐵素體 馬氏體鋼T91 改進(jìn)型9Cr1Mo鋼與2 25Cr1Mo鋼的10萬小時(shí)蠕變斷裂強(qiáng)度 2 25Cr1Mo鋼在空氣和鈉中的持久強(qiáng)度試驗(yàn) 2 25Cr1Mo會由于在鈉中的脫碳效應(yīng)導(dǎo)致強(qiáng)度的下降改進(jìn)型9Cr1Mo具有更高抗蠕變斷裂強(qiáng)度 23 CFR600擬使用的主要材料 CFR600的設(shè)計(jì)輸入 參數(shù)數(shù)值熱功率 MW 1500電功率 MW600熱效率 41 負(fù)荷因子80 電廠壽期 年60燃料類型MOX 工業(yè)钚 貧鈾 最大燃耗 MWd kg100增殖比1 2一 二回路環(huán)路數(shù)2 2一 二回路每環(huán)路主泵數(shù)1 1每環(huán)路中間熱交換器數(shù)2堆芯熔化概率 10 6大規(guī)模放射性釋放概率 10 8 24 CFR600擬使用的主要材料 ASTRID熱功率 1500MW 電功率 600MW燃料 MOX ASTRID的選材 法國 25 Karl FredrikNilsson IAEAConsultancyMeetingonBenchmarkingofAdvancedMaterialsPre selectedforInnovativeNuclearReactors March9 12 2010 Vienna CFR600擬使用的主要材料 歐盟快堆ESFR的選材 JapanSodium cooledFastReactor JSFR 日本 Secondarypump SG Integratedpump IHX ReactorVessel ReactorCore CFR600擬使用的主要材料 27 ReactorVesselandInternals 316FR IHX Mod 9Cr 1Mo Steamgenerators SecondaryPumpMod 9Cr 1Mo Primaryandsecondarypipingsystems Mod 9Cr 1Mo Steamgenerator SG Tubesheet Mod 9Cr 1Mo Vessel Mod 9Cr 1Mo Tube Mod 9Cr 1Mo CSEJ Bellows Mod 9Cr 1Mo CoolantSystems Mod 9Cr 1Mo ReactorVesselandinternals 316FR Coolantoutlettemperature 550CDesignlife 60years TaiAsayama IAEAConsultancyMeetingonBenchmarkingofAdvancedMaterialsPre selectedforInnovativeNuclearReactors March9 12 2010 Vienna JapanSodium cooledFastReactor JSFR 28 PFBR的材料 印度 500eMW BaldevRaj IAEAConsultancyMeetingonBenchmarkingofAdvancedMaterialsPre selectedforInnovativeNuclearReactors March9 12 2010 Vienna 29 CFR600擬使用的主要材料 BN600的材料 俄羅斯 L M Zabudko IAEAConsultancyMeetingonTechnicalStandardonFuelforLMFBR18 20January 2011 Vienna 30 CFR600擬使用的主要材料 CFR600的選材 CEFR材料的延續(xù) 包殼及外套管 ChS 68 國產(chǎn)316Ticw 堆內(nèi)主要構(gòu)件材料 316SS 國產(chǎn)316SS 304SS 國產(chǎn)304SS 蒸汽發(fā)生器材料 10X2M 國產(chǎn)2 25Cr1Mo 1 材料的國產(chǎn)化2 使用性能數(shù)據(jù) 新材料選擇 包殼及外套管 15Cr 15Ni TiCW 堆內(nèi)主要構(gòu)件材料 316LNSS304LNSS 蒸汽發(fā)生器材料 9Cr1Mo 1 材料的研制和核級化生產(chǎn)2 基礎(chǔ)性能數(shù)據(jù) 尤其是高溫?cái)?shù)據(jù)的完善3 使用性能數(shù)據(jù) 燃料 MOX燃料的國產(chǎn)化 金屬燃料 31 32 基于CEFR開展的研究 CEFR關(guān)鍵部件材料及焊接件的環(huán)境失效行為和壽命評估研究 堆運(yùn)行及安全 CEFR關(guān)鍵部件及焊接件材料在高溫鈉中的高溫蠕變及持久強(qiáng)度試驗(yàn)研究CEFR關(guān)鍵部件及焊接件材料在高溫環(huán)境下的疲勞和熱老化行為研究CEFR現(xiàn)役蒸汽發(fā)生器材料10X2M傳熱管與管板焊接接頭在高溫高壓水中的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)研究CEFR關(guān)鍵部件材料在高溫鈉中的自焊行為研究 CEFR堆內(nèi)結(jié)構(gòu)材料的國產(chǎn)化 可替換部件和關(guān)鍵部件 燃料元件包殼和外套管材料的國產(chǎn)化 已有課題支持 控制棒材料高豐度10B芯塊的國產(chǎn)化CEFR特殊結(jié)構(gòu)材料 控制棒動導(dǎo)管 主鈉泵支撐密封環(huán)以及柵板聯(lián)箱主螺栓材料 的國產(chǎn) 材料輻照考驗(yàn)國產(chǎn)316Ti包殼材料的輻照考驗(yàn) 已有 核能開發(fā) 項(xiàng)目支持 國產(chǎn)MOX燃料的輻照考驗(yàn) 已有 863 項(xiàng)目支持 國際輻照考驗(yàn)平臺1 中歐 2 中法 3 中韓 4 中美 33 針對CFR600設(shè)計(jì)和驗(yàn)證開展的研究 燃料組件及控制棒材料金屬燃料制造及性能研究包殼和外套管材料316Ti的研制及制管工藝研究包殼和外套管材料15Cr 15Ni Ti的研制及使用性能研究 采用MOX燃料 包殼和外套管材料F M不銹鋼的研制及使用性能研究 采用金屬燃料 堆內(nèi)主要結(jié)構(gòu)材料低碳控氮不銹鋼316LN的國產(chǎn)化研制低碳控氮不銹鋼304LN的國產(chǎn)化研制焊接材料的國產(chǎn)化研究管道直縫焊接技術(shù)研究及使用性能評定 蒸汽發(fā)生器材料2 25Cr1Mo鋼使用性能研究改進(jìn)型9Cr1Mo鋼的國產(chǎn)化研制及使用性能研究 CFR設(shè)備材料驗(yàn)證試驗(yàn) 34 CFR600設(shè)備材料驗(yàn)證試驗(yàn) 35 重大材料基礎(chǔ)性能研究 輻照機(jī)理研究燃料組件材料316Ti和15Cr 15Ni Ti的輻照機(jī)理研究燃料包殼材料ODS鋼的輻照機(jī)理研究鐵素體 馬氏體 F M 鋼的輻照機(jī)理研究 目標(biāo) 揭示不同材料的輻照損傷機(jī)理 給出中子輻照劑量 溫度以及時(shí)間對材料輻照損傷影響的關(guān)系曲線 材料老化及失效研究主容器用結(jié)構(gòu)材料的熱疲勞老化規(guī)律和失效機(jī)理研究 一回路主泵的蠕變損傷