AP1000主要設(shè)備介紹-new課件

1、AP1000AP1000主要設(shè)備介紹主要設(shè)備介紹郭郭 輝輝桃花江核電設(shè)備處桃花江核電設(shè)備處1主要內(nèi)容 壓力容器及一體化堆頂結(jié)構(gòu) 蒸汽發(fā)生器 堆內(nèi)構(gòu)件和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 反應(yīng)堆冷卻劑泵 穩(wěn)壓器 燃料組件 雙層安全殼結(jié)構(gòu) 小結(jié)2一回路設(shè)備 RCS系統(tǒng)由兩條環(huán)路組成，每條環(huán)路包括一臺(tái)蒸汽發(fā)生器、兩臺(tái)反應(yīng)堆冷卻劑泵以及一根冷卻劑主管道熱管段、兩根冷管段，共同組成一條反應(yīng)堆冷卻劑閉式循環(huán)回路。另外，系統(tǒng)還包括穩(wěn)壓器、相應(yīng)的連接管道(波動(dòng)管)、閥門和用于運(yùn)行控制和安全觸發(fā)的儀表。所有的RCS設(shè)備都位于反應(yīng)堆安全殼內(nèi)，設(shè)備包括： 反應(yīng)堆壓力容器(Reactor Pressure Vessel, RPV)，包括控制棒

2、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝接管； 堆內(nèi)構(gòu)件（Reactor Vessel Internal, RVI）及控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（Control Rod Drive Mechanism, CRDM）。 燃料組件(Fuel Assemblies, FA)3 反應(yīng)堆冷卻劑泵(Reactor Coolant Pump, RCP)。共4臺(tái)屏蔽電機(jī)泵(Canned Motor pump)，每臺(tái)蒸汽發(fā)生器下部與兩臺(tái)泵相連接，即每個(gè)環(huán)路由兩臺(tái)泵驅(qū)動(dòng)； 蒸汽發(fā)生器(Steam Generator, SG)包容反應(yīng)堆冷卻劑的部分，包括SG的水室下封頭(Channel Head)、管板(Tube sheet)和傳熱管束(Tubes)；

3、穩(wěn)壓器(Pressurizer, PRZ)以及與其相連接通往一條反應(yīng)堆冷卻劑主管道熱管段的波動(dòng)管線(Surge Line) ； 安全閥(Safety Valves)和自動(dòng)降壓系統(tǒng)(Automatic Depressurization System, ADS)的閥門； 主管道（Main Pipe，上述主要部件之間相互連接的管道），及設(shè)備支承；45壓力容器及一體化堆頂結(jié)構(gòu) 反應(yīng)堆壓力容器是承裝核反應(yīng)堆堆芯并承受巨大運(yùn)行壓力的密閉容器。 反應(yīng)堆壓力容器起到壓力邊界的作用，是第二道放射性屏障，用于支承和包容反應(yīng)堆堆芯，保持堆芯內(nèi)冷卻劑的水裝量。 在反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)部，除放置堆芯、堆芯支承結(jié)構(gòu)、控制棒及

4、直接與堆芯連接的其他部件外，壓力容器還與一體化堆頂結(jié)構(gòu)、主管道相連接，并且與置于安全殼內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)上的壓力容器支承相接觸。6 壓力容器的組成 由筒體部分、過(guò)渡環(huán)段、半球形底封頭和半球形一體 化頂蓋構(gòu)成。筒體部分分成上筒體和下筒體，過(guò)渡環(huán)段 連接下筒體和半球形底封頭。上下筒體、過(guò)渡環(huán)段及上下封頭由SA508-3 低合金鋼(錳-鉻-銅-鎳低碳貝氏體合金 鋼)制成，內(nèi)表面堆焊奧氏體不銹鋼。上、下筒體鍛件、過(guò) 渡環(huán)段、半球形底封頭間采用單或多道埋弧焊及手工電弧 焊焊接相聯(lián)。壓力容器主冷卻劑進(jìn)出管嘴、直接安注管管 嘴和堆內(nèi)構(gòu)件吊籃支承均位于上筒體(接管段)。上封頭 封頭由頂蓋和法蘭制成，上封頭為控制棒驅(qū)

5、動(dòng)機(jī)構(gòu)、堆內(nèi) 測(cè)量提供了安裝孔和支承，為RPV放氣管和一體化堆頂結(jié) 構(gòu)提供了支承。 7AP1000壓力容器主要參數(shù)：筒體內(nèi)徑 3988mm 筒體壁厚 203mm高度 12.2m 設(shè)計(jì)壓力 17.13MPa設(shè)計(jì)溫度 343.3 重重 425.3噸筒體接管 4進(jìn)2出 入口管嘴(高)內(nèi)徑 0.56m出口管嘴(低)內(nèi)徑 0.79m 下封頭厚度(最小值) 152.4mm活性段厚度(最小值) 203.2mm 主體材料 SA508-3鍛件8 一體化堆頂結(jié)構(gòu) 由如下的主要部分組成： 屏蔽罩及檢查門、堆芯測(cè)量探頭的提升絞盤、起吊三角架、電纜托架及其支承結(jié)構(gòu)、螺栓起吊軌道、CRDM抗震支承和堆內(nèi)測(cè)量?jī)x表(ICIS

6、)支承結(jié)構(gòu)CRDM風(fēng)冷通道(即冷卻圍筒)。 一體化頂蓋組件將這些分開(kāi)的部件與頂蓋一起組成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，在更換燃料時(shí)，可以作為一個(gè)獨(dú)立單元被拆除和移動(dòng)到儲(chǔ)存架上，這樣縮短了反應(yīng)堆開(kāi)蓋的操作時(shí)間，大大減小了維修操作人員的輻射劑量。9一體化結(jié)構(gòu)頂蓋及內(nèi)部結(jié)構(gòu)一體化結(jié)構(gòu)頂蓋及內(nèi)部結(jié)構(gòu)1011壓力容器技術(shù)特點(diǎn)： 壓力容器的堆芯下筒體(堆芯活性段)采用了環(huán)型鍛件結(jié)構(gòu)，取消了縱向焊縫； 在壓力容器的材料中降低了鎳和銅的含量，把輻照脆化的影響降到最低； 盡可能地降低初始的“無(wú)塑性轉(zhuǎn)變溫度”（是指按ASME E208試驗(yàn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)試樣發(fā)生斷裂的最高溫度，它表明含有小裂紋的試樣在動(dòng)態(tài)加載屈服應(yīng)力下發(fā)生脆斷的最高溫度

7、），活性區(qū)鍛件材料RTNDT為-28. 9，提高壓力容器材料的斷裂韌性，以延長(zhǎng)核電廠的運(yùn)行壽期； 在RPV頂蓋的貫穿件焊縫和接管安全端焊縫采用Inconel 690合金焊材(這是目前潛在應(yīng)力腐蝕裂紋敏感性最低的工業(yè)材料);12 堆芯儀表通道設(shè)在RPV頂部，使得所有的貫穿件都布置在壓力容器頂部，下封頭上沒(méi)有任何貫穿孔，這樣就徹底排除了壓力容器底部泄漏導(dǎo)致反應(yīng)堆失水事故的可能性。上封頭有69個(gè)貫穿孔為控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供路徑，另外還有42個(gè)貫穿孔用于堆內(nèi)測(cè)量的通道（堆芯中子通量、溫度測(cè)量管等）。 在堆芯筒體的上筒節(jié)上增加了兩個(gè)直接安注管口，縮短了事故工況下堆芯注入冷卻劑的響應(yīng)時(shí)間。 冷卻劑入口接管嘴

8、位置高于出口接管嘴，使得維修時(shí)不用堆芯卸料就能對(duì)主泵進(jìn)行檢修。 一體化堆頂結(jié)構(gòu)(Integrated Head Package, IHP)由多個(gè)獨(dú)立的設(shè)備組成，從而簡(jiǎn)化了反應(yīng)堆的換料操作。在停堆換料期間，通過(guò)它與反應(yīng)堆壓力容器頂蓋移動(dòng)聯(lián)合操作，減少了停堆時(shí)間和個(gè)人輻射劑量。另外，一體化堆頂結(jié)構(gòu)減少了其相關(guān)部件在安全殼內(nèi)的存放空間。AP1000這些改進(jìn)提高了RPV的可靠性,在假想設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件和超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件的條件下更好地保護(hù)堆芯。13壓力容器制造的技術(shù)難點(diǎn)： 14 AP1000壓力容器大鍛件全部采用ASME SA508 制造標(biāo)準(zhǔn)。壓力容器要求達(dá)到60年的設(shè)計(jì)壽命，這對(duì)制造廠的核電大鍛件制造工藝水

9、平提出了很高的要求。經(jīng)過(guò)研究和分析，發(fā)現(xiàn)AP1000反應(yīng)堆壓力容器大鍛件至少存在以下幾個(gè)方面的制造難點(diǎn)：原材料冶煉和鍛造困難一體化上封頭的制造工藝復(fù)雜原材料冶煉和鍛造困難多包合澆 與二代改進(jìn)型機(jī)組相比，AP1000反應(yīng)堆壓力容器的大鍛件體積重量更大， 其中一體化頂蓋封頭、堆芯段筒體和容器法蘭接管段筒體需要使用270500噸的大鋼錠，這就要求制造廠具備成熟的三包合澆至五包合澆的工藝；雙真空處理工藝 為了控制材料中氣體含量尤其是氫的含量，ASME標(biāo)準(zhǔn)明確要求：“在澆注鋼錠前和澆注中，為了除掉有害氣體（尤其是氫），對(duì)熔融鋼水應(yīng)進(jìn)行真空處理”。根據(jù)以往核電設(shè)備的制造經(jīng)驗(yàn)，鋼包樣的氫含量應(yīng)該不大于2pp

10、m，這樣才能保證后道工序的正常操作。所以，鍛件鋼錠多包合澆過(guò)程中需對(duì)多包鋼水真空處理并在澆注中再次進(jìn)行真空澆注。很多制造廠只有單真空處理的能力或者只能針對(duì)單包鋼水進(jìn)行雙真空處理。如何實(shí)現(xiàn)多包合澆同時(shí)雙真空處理工藝，是大部分制造廠都不得不面對(duì)的難題。16 消氫處理 根據(jù)已有的部分AP1000反應(yīng)堆壓力容器大鍛件熔煉分析報(bào)告的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)即使使用了雙真空處理工藝，也不能保證一定能達(dá)到氫含量小于2ppm的要求。原材料加工過(guò)程中還應(yīng)該采取消氫的補(bǔ)救措施，比如：在鍛件鍛后熱處理過(guò)程中延長(zhǎng)擴(kuò)氫時(shí)間，以降低成品中的氫含量。 工藝和質(zhì)量控制要求更高 AP1000反應(yīng)堆壓力容器的設(shè)計(jì)壽命要求達(dá)到60年,這就對(duì)承受

11、強(qiáng)輻照區(qū)域材料的機(jī)械性能指標(biāo)提出了很高的要求。根據(jù)1版設(shè)計(jì)規(guī)格書，容器法蘭接管段筒體、堆芯段筒體和過(guò)渡段筒體以及三者之間的兩條環(huán)焊縫都屬于承受強(qiáng)輻照區(qū)域的材料，制造廠必須嚴(yán)格控制每一個(gè)細(xì)微的制造工藝、檢驗(yàn)與試驗(yàn)環(huán)節(jié)，才能達(dá)到RTNDT -28.9的技術(shù)指標(biāo)。 17一體化上封頭的制造工藝復(fù)雜由于一體化頂蓋封頭在毛坯狀態(tài)時(shí)，其頂蓋法蘭部分的壁厚至少達(dá)到730mm，此時(shí)的鍛造沖型就不再是普通的板坯“拉深”工藝。所以一體化頂蓋封頭的沖型工藝對(duì)制造廠是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。中國(guó)一重目前正在做產(chǎn)品試驗(yàn)件。一體化頂蓋封頭在淬火過(guò)程中的防變形問(wèn)題是一個(gè)極大的難題，需要經(jīng)過(guò)反復(fù)的模擬計(jì)算，甚至需要做小型模擬件淬火試驗(yàn)

12、來(lái)確認(rèn)淬火工藝。18蒸汽發(fā)生器 蒸汽發(fā)生器是將堆芯熱能傳遞給二回路介質(zhì)以產(chǎn)生蒸汽的熱交換設(shè)備。 為典型的直立式帶有一體化汽水分離器的U型管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器。蒸汽發(fā)生器屬于安全A級(jí)和抗震I類設(shè)備。設(shè)備整體高度約22m，上內(nèi)徑約5.3m，下內(nèi)徑約4.1m，一次側(cè)壓力17.13MPa，溫度343，二次側(cè)壓力8.17MPa,溫度315.6，一次側(cè)到二次側(cè)壓差11MPa，傳熱管面積11477m2。19 冷卻劑通過(guò)熱管段流進(jìn)水室，水室的下部為橢圓型和圓柱型部分，這種布置可以加大所有管道的通路，包括外圍的管道。與球形設(shè)計(jì)相比，這種特性增強(qiáng)了AP1000傳熱管的檢查、維修能力。非能動(dòng)的余熱排出系統(tǒng)管道與蒸汽

13、發(fā)生器一次側(cè)流道底部相連。AP1000的蒸汽發(fā)生器提高工作壓力到7.15MPa（普通PWR為4.56.5MPa），增強(qiáng)傳熱能力，并提高動(dòng)力回路的效率。2021AP1000蒸汽發(fā)生器的主要技術(shù)特點(diǎn)：蒸汽發(fā)生器的U型傳熱管采用三角形排列；采用三葉狀孔(梅花孔)支承板，改進(jìn)了防振條工藝；管板上的傳熱管采用全深度液壓脹管工藝，最大限度地防止二回路水進(jìn)入傳熱管與管板之間的縫隙。采用一體化的汽水分離器；22 傳熱管使用耐腐蝕性能很好的合金因科鎳690，改善了材料可焊性、 腐蝕性、機(jī)械性等性能，管板一次側(cè)鍍因科鎳合金，給水環(huán)、輔助給水管道和一些主要分隔組件采用因科鎳合金； 采用橢圓形的一次側(cè)下腔室，便于機(jī)器

14、人工具進(jìn)出和維護(hù)保養(yǎng)； 蒸汽發(fā)生器下封頭直接與兩臺(tái)反應(yīng)堆冷卻劑泵的殼體相連接； 在AP1000中，蒸器發(fā)生器和給水系統(tǒng)的組合設(shè)計(jì)有利于消除“水錘”現(xiàn)象。23SG的制造難點(diǎn)24SG的制造難點(diǎn) 鍛件尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜 AP1000蒸蒸發(fā)器單件就達(dá)633噸（焊上主泵泵殼后為665噸），比國(guó)內(nèi)制造的同類產(chǎn)品（秦山二期的蒸發(fā)器為344噸）重近一倍，其鍛件尺寸也都相應(yīng)加大（見(jiàn)下表），其中蒸發(fā)器的水室封頭包括4個(gè)接管嘴，都需要一體化鍛造，由于形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一些過(guò)渡曲面不能依靠自由鍛成型,而需要工具和模具，加工難度很高。大型鍛件最大外形尺寸鍛件名稱M310AP1000最大外徑及高度（mm）最大外徑及高度（mm

15、）蒸發(fā)器水室封頭=3608 h=1813=4487 h=2273.7蒸發(fā)器管板=3485 h=718鉆孔厚度562=4487.67 h=1171.7鉆孔厚度790.726 管板制造技術(shù)要求高 蒸發(fā)器管板的制造，首先要嚴(yán)格控制原材料中的含氫量，根據(jù)制造廠已有的制造經(jīng)驗(yàn)，倘若含氫量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，很容易在堆焊過(guò)程中發(fā)生基體裂紋的情況（斗山在管板制造過(guò)程中發(fā)生的問(wèn)題），另外，在鍛造過(guò)程中要控制疏松，必須采取特殊的鍛造方法寬砧強(qiáng)壓，且正反兩面壓實(shí)。 蒸發(fā)器管板鉆孔也是一個(gè)難題，AP1000的管板直徑3999mm，共要鉆20050個(gè)孔，鉆孔厚度790.7 mm，孔徑17.475mm，與M310相比，孔的數(shù)量

16、多了兩倍以上，孔徑變細(xì)，鉆孔更深。管板增厚，管孔變小，鉆孔難度相應(yīng)增加，鉆頭轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量等工藝參數(shù)要通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)確定。27 傳熱管制造難度大 AP1000傳熱管材質(zhì)為因科鎳合金690，數(shù)目為10025根（M310的蒸發(fā)器為4474根），規(guī)格為17.475mm1.016mm，每根長(zhǎng)度約48m，與M310相比更細(xì)、更長(zhǎng)、管壁更薄，對(duì)于原材料冶煉、冷拔及熱處理工藝環(huán)節(jié)的要求也更高，蒸發(fā)器傳熱管目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)生產(chǎn)，世界范圍內(nèi)也僅有2家供貨商，產(chǎn)能緊張。2829SG傳熱管支承板30堆內(nèi)構(gòu)件和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 堆內(nèi)構(gòu)件由上部構(gòu)件和下部構(gòu)件兩部分組成，堆內(nèi)構(gòu)件的主要材料是奧氏體不銹鋼。 31 AP1000上部堆芯支承

17、部件 由上部支承板、上部堆芯板、支承柱和導(dǎo)向筒組件組成。支承柱構(gòu)成上部支承板與上堆芯板之間的空間。支承柱的頂部和底部固定在這些板上，并在兩板之間傳遞機(jī)械載荷。部分支承柱對(duì)固定式堆內(nèi)探測(cè)器導(dǎo)管起輔助支承作用。堆芯測(cè)量柱容納堆內(nèi)探測(cè)器，在安裝、反應(yīng)堆運(yùn)行及停堆換料探測(cè)器移出時(shí)，為這些探測(cè)器提供了保護(hù)通道。 32AP1000 上部堆內(nèi)構(gòu)件示意圖33 AP1000下部堆芯支承部件 是堆內(nèi)構(gòu)件中主要的組成部分和支承部件。它由吊籃筒體、下部堆芯支承板、堆芯二次支承、渦流抑制板、堆芯圍筒，徑向支承鍵及相關(guān)附屬部件組成，堆內(nèi)構(gòu)件為堆芯、控制棒提供對(duì)中和支承，使反應(yīng)堆得以安全可靠地運(yùn)行 34AP1000下部堆內(nèi)

18、構(gòu)件示意圖35堆內(nèi)構(gòu)件的功能有： 盛裝燃料組件與相關(guān)組件，并為它們提供定位和預(yù)緊力； 為控制棒組件提供可靠的導(dǎo)向，吸收落棒沖擊能； 為堆芯提供冷卻劑流道和合理的流量分配，并減少冷卻劑無(wú)效泄漏； 屏蔽中子和射線，減少壓力容器的輻照損傷； 為堆芯中子注量率測(cè)量和溫度測(cè)量系統(tǒng)提供固定支承和導(dǎo)向； 為壓力容器輻照樣品監(jiān)督管提供固定的位置； 為堆芯跌落提供二次支承。3637AP1000堆內(nèi)構(gòu)件的技術(shù)特點(diǎn)： 堆內(nèi)構(gòu)件、堆芯支承結(jié)構(gòu)、堆芯圍板、下降段環(huán)腔和流量導(dǎo)向結(jié)構(gòu)布置以及堆芯上部設(shè)備和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)均與M310相似，但是也存在若干差別。 AP1000改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)如下： 簡(jiǎn)化圍板結(jié)構(gòu)，減少大量螺釘結(jié)構(gòu)，可以大

19、量減少松動(dòng)件； 采用全焊接結(jié)構(gòu)的堆芯圍板，有效地消除了在以往設(shè)計(jì)中采用的堆芯圍板螺栓可能脫落的危險(xiǎn)； 吊籃底部位置下移，有利于嚴(yán)重事故下堆芯熔融物在RPV下部的持留。38序號(hào)改進(jìn)之處AP1000M3101進(jìn)出口管4進(jìn)2出3進(jìn)3出2進(jìn)出口管嘴平面進(jìn)口高于出口同一平面內(nèi)3下部支承結(jié)構(gòu)中子注量率測(cè)量管移至RPV頂部 減少為一塊渦流抑制板 取消中子測(cè)量支承柱 保留最主要的支承柱 吊籃底板位置下降中子注量率測(cè)量管在RPV下封頭 兩塊支承板 較多的中子注量率測(cè)量支承柱4上部支承結(jié)構(gòu) 增加導(dǎo)向筒 抬高壓緊帽支承高度 導(dǎo)向筒數(shù)量少5圍板 采用焊接式圍板加上圍筒組合結(jié)構(gòu) 減少大量連接螺栓 螺栓連接形式的圍板結(jié)構(gòu)

20、 大量連接螺栓39控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(CRDM)裝在壓力容器頂蓋上，主要功能是驅(qū)動(dòng)控制棒在堆芯內(nèi)上升下降，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)堆的啟動(dòng)、停止、功率調(diào)節(jié)以及事故情況下的安全保護(hù)。AP1000的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)沿用壓水堆電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的成熟技術(shù)，為磁力提升型驅(qū)動(dòng)，主要包括承壓殼體、磁軛線圈、驅(qū)動(dòng)軸、耐壓殼、鉤爪及位置指示器組成40為了增加勾爪部件的耐磨性和可靠性，AP1000的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用了雙勾爪結(jié)構(gòu)。41堆內(nèi)構(gòu)件和控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和以前相比的主要區(qū)別在于： 堆內(nèi)構(gòu)件更多采用了焊接方式，需要一定的工藝試驗(yàn)和攻關(guān)；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與60年壽命相適應(yīng)的材料、零件與加工工藝相適應(yīng)。42反應(yīng)堆冷卻劑泵 反

21、應(yīng)堆冷卻劑泵 又稱為主泵，是核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)主回路中除控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)外唯一能動(dòng)部件，AP1000的RCP采用了屏蔽電機(jī)泵，即：屏蔽電動(dòng)機(jī)(Canned Motor)+無(wú)軸封的泵(Seal-less Pump)。 反應(yīng)堆冷卻劑泵的水力部件主要是由泵殼、葉輪和導(dǎo)葉等零部件組成的混流式泵。泵和電機(jī)之間由熱屏隔離堆芯冷卻劑的高溫。AP1000 RCP的電功率為5500 kW，額定轉(zhuǎn)速為1800 r/min。啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)通過(guò)變頻器來(lái)提供電源。 4344 屏蔽電機(jī)泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖45 AP1000反應(yīng)堆冷卻劑泵屏蔽電機(jī)是一種專門設(shè)計(jì)的單繞組、四極、三相、屏蔽套式感應(yīng)電機(jī).，采用60 Hz電源，經(jīng)變頻器啟動(dòng)和運(yùn)行

22、， 其設(shè)計(jì)是在已有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的同類電機(jī)基礎(chǔ)上放大?？蓞⒖嫉钠帘坞姍C(jī)均沒(méi)有飛輪，而AP1000反應(yīng)堆冷卻劑泵屏蔽電機(jī)有上下兩個(gè)飛輪，由飛輪帶來(lái)的能量損耗大約1000 kW。由于屏蔽電機(jī)的損耗較高，冷卻措施及溫升控制是關(guān)鍵。電機(jī)冷卻滿足設(shè)計(jì)要求，是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。電機(jī)繞組的絕緣級(jí)別選用“N”級(jí)(200 )。46 AP1000屏蔽電機(jī)主要部件包括: 軸承、屏蔽套、飛輪、釘子繞組及冷卻等部分。AP1000飛輪部件由上下兩個(gè)組件組成，材質(zhì)使用重鎢合金，以便在小體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。上部飛輪組件采用熱套裝的預(yù)應(yīng)力方法，用外套環(huán)將12塊扇形鎢合金固定在不銹鋼內(nèi)輪轂上，其外部包有屏蔽套以防止應(yīng)力腐蝕，最

23、后將飛輪固定在屏蔽電機(jī)泵的主軸上。 474849AP1000屏蔽電機(jī)泵的主要技術(shù)特點(diǎn)： AP1000屏蔽電機(jī)泵的特點(diǎn)是:高可靠性、大轉(zhuǎn)動(dòng)慣性、簡(jiǎn)化維護(hù)保養(yǎng)。具體如下: 支承方式獨(dú)特:每臺(tái)蒸汽發(fā)生器各有2臺(tái)反應(yīng)堆冷卻劑泵，反應(yīng)堆冷卻劑泵直接與蒸汽發(fā)生器的下封頭連接。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取消了反應(yīng)堆冷卻劑泵與蒸汽發(fā)生器之間的冷卻劑管道，降低了環(huán)路的壓降，簡(jiǎn)化了蒸汽發(fā)生器、泵和管道的基座與支承系統(tǒng)。 無(wú)軸封無(wú)泄漏:反應(yīng)堆冷卻劑泵沒(méi)有軸密封裝置，因而消除了因軸密封失效而導(dǎo)致失水事故的可能性，從而大大提高了安全性，也減少了泵的維修工作量。 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大:反應(yīng)堆冷卻劑泵電機(jī)設(shè)置上下兩個(gè)重鎢合金飛輪，以提高泵的轉(zhuǎn)動(dòng)慣

24、性，延長(zhǎng)了惰走時(shí)間，從而在失去電源之后能提供足夠的惰轉(zhuǎn)流量。50 高可靠性維護(hù)簡(jiǎn)便:反應(yīng)堆冷卻劑泵裝有三個(gè)軸承，兩個(gè)徑向軸承和一個(gè)雙向推力軸承，都在電機(jī)一側(cè)軸承采用水潤(rùn)滑方式，且有同類型、多規(guī)格的設(shè)計(jì)、制造和長(zhǎng)年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)積累。 整體占用空間小:反應(yīng)堆冷卻劑泵啟動(dòng)時(shí)采用變頻調(diào)速控制裝置，可減小低工況時(shí)的電機(jī)功率，從而減小啟動(dòng)電流，最大限度地縮小電機(jī)尺寸。 水力模型優(yōu)秀:水泵具有較高的水力效率和較好的抗汽蝕性能，在一定程度上彌補(bǔ)了電機(jī)效率偏低的缺陷。 輔助系統(tǒng)簡(jiǎn)化:無(wú)上充、泄漏系統(tǒng)和停車密封系統(tǒng)，連鎖保護(hù)要求及監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)減少；整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，零部件較軸封泵減少。 主要缺點(diǎn):屏蔽電機(jī)效率比普通電

25、機(jī)低。51主泵制造的技術(shù)問(wèn)題： 雖然屏蔽泵有實(shí)踐證實(shí)的諸多優(yōu)越性和工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)多年的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，但是AP1000的主泵尺寸更大，電功率接近現(xiàn)有最大屏蔽泵的兩倍且有惰轉(zhuǎn)要求，這帶來(lái)以下技術(shù)問(wèn)題： 屏蔽泵綜合效率低，能量損耗很高，惰轉(zhuǎn)飛輪更加劇了這一情況，必須采取有效的冷卻措施控制溫升。 原屏蔽泵電源是按照60Hz設(shè)計(jì)的，運(yùn)行時(shí)需要將國(guó)內(nèi)50Hz工頻變?yōu)?0Hz，即要求原來(lái)僅在啟停時(shí)運(yùn)行的變頻器持續(xù)運(yùn)行，變頻器在新工況下的可靠性需進(jìn)行驗(yàn)證確認(rèn)。 惰轉(zhuǎn)飛輪的制造。AP1000主泵飛輪為特有結(jié)構(gòu)，尚無(wú)可參考的經(jīng)驗(yàn)，尚要經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝及試驗(yàn)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證和性能驗(yàn)證試驗(yàn)等環(huán)節(jié)才能投入實(shí)用52穩(wěn)壓器 A

26、P1000的穩(wěn)壓器在成熟壓水堆經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用電加熱立式圓筒形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，穩(wěn)壓器上封頭為半球形，與筒體等厚。上封頭設(shè)有一個(gè)人孔(安裝檢修用)、一個(gè)噴霧接管、兩個(gè)安全閥接管；下封頭中央為波動(dòng)管接管。波動(dòng)管進(jìn)口處設(shè)置濾網(wǎng)，防止穩(wěn)壓器內(nèi)雜物進(jìn)人主系統(tǒng)，同時(shí)，可改善由波動(dòng)管流入水與穩(wěn)壓器水的混合。53 穩(wěn)壓器容積取值為59. 47m3，比相同的穩(wěn)壓器容積增大了40%，大容積穩(wěn)壓器增加了瞬態(tài)運(yùn)行余量，可減少反應(yīng)堆非計(jì)劃停堆次數(shù)，使核電廠能夠更加可靠地運(yùn)行。54穩(wěn)壓器的主要功能 壓力調(diào)控：穩(wěn)壓器底部的波動(dòng)管與主系統(tǒng)冷卻劑環(huán)路的熱管端相連，頂部設(shè)置噴霧管與冷管段相連，可利用冷、熱管段的壓差(即反應(yīng)堆進(jìn)、出口的

27、壓降)噴霧，即當(dāng)系統(tǒng)壓力偏高時(shí)，通過(guò)噴霧，降低系統(tǒng)壓力。穩(wěn)壓器下部的水腔室內(nèi)設(shè)置電加熱元件，當(dāng)系統(tǒng)壓力偏低時(shí)，電加熱器啟動(dòng)，通過(guò)加熱，提高系統(tǒng)壓力。使系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，保持壓力變動(dòng)控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。 調(diào)節(jié)水位：穩(wěn)壓器的水位和系統(tǒng)的容積控制，由穩(wěn)壓器和另設(shè)的容積控制系統(tǒng)共同完成。通常穩(wěn)壓器的水位調(diào)節(jié)，可分擔(dān)系統(tǒng)容積變化量的絕大部分，其他部分從主系統(tǒng)排出的下泄流量和補(bǔ)進(jìn)的上充流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保障反應(yīng)堆運(yùn)行的安全。55 超壓保護(hù)：主系統(tǒng)的超壓保護(hù)靠設(shè)置在穩(wěn)壓器頂部的安全閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。超壓時(shí)排出的蒸汽，通常進(jìn)人卸壓箱內(nèi)冷凝，其中不能冷凝的氣體則由廢氣處理系統(tǒng)收集進(jìn)行處置。穩(wěn)壓器及其相應(yīng)系統(tǒng)所提供的超壓或

28、低壓保護(hù)，可有效地防止堆芯及其他相關(guān)設(shè)備損壞。 參與反應(yīng)堆啟動(dòng)和停堆調(diào)節(jié)：在反應(yīng)堆啟動(dòng)過(guò)程中，按反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)升溫升壓的要求，利用穩(wěn)壓器電加熱元件可提供部分熱源，控制升溫升壓過(guò)程，并使系統(tǒng)壓力按預(yù)定的程序提高到規(guī)定值；停堆時(shí)，按反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)降溫要求，有序?qū)崿F(xiàn)其降溫降壓的預(yù)期值。 附帶除氣功能：在特定情況下，穩(wěn)壓器還可作為一回路系統(tǒng)熱力除氧器使用，用于消除反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的裂變氣體及其他有害氣體。即當(dāng)噴霧水達(dá)到飽和溫度時(shí)，可使溶解在水中的氣體分離出來(lái)，由廢氣收集系統(tǒng)進(jìn)行處理。 56AP1000穩(wěn)壓器技術(shù)特點(diǎn)： 足夠的飽和水容積和蒸汽汽腔容積，能滿足系統(tǒng)容積變化所要求的壓力響應(yīng)性能。 在反應(yīng)

29、堆自動(dòng)控制的情況下，功率階躍變化l0%滿功率時(shí)，穩(wěn)壓器有足夠的水容積，防止停堆。 制系統(tǒng)正常工作以及核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)沒(méi)有故障的情況下，反應(yīng)堆停堆和汽輪機(jī)停機(jī)后，穩(wěn)壓器有足夠的水容積，防止電加熱元件裸露。 控制系統(tǒng)正常工作的情況下，功率從100%滿功率階躍降負(fù)荷到廠用電負(fù)荷時(shí)，穩(wěn)壓器有足夠大的蒸汽容積調(diào)節(jié)由此引起的容積波動(dòng)。57 廠甩全部負(fù)荷后，在穩(wěn)壓器高水位時(shí)引起停堆以及沒(méi)有蒸汽排放的情況下，穩(wěn)壓器有足夠大的蒸汽容積防止通過(guò)安全閥排放水。 控制系統(tǒng)和補(bǔ)水系統(tǒng)正常工作以及核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)沒(méi)有故障的情況下，反應(yīng)堆停堆和汽輪機(jī)停機(jī)，不會(huì)因?yàn)榉€(wěn)壓器低壓而觸發(fā)專設(shè)安全設(shè)施。 其外形和容積比M310大了約三分

30、之一,增加了加工制造的難度。58燃料組件 59 燃料棒是由ZIRLO包殼管、二氧化鈾陶瓷芯塊、壓緊彈簧、上端塞和下端塞組成。燃料組件結(jié)構(gòu)如下圖所示。ZIRLO是先進(jìn)的鋯基合金，具有優(yōu)良的機(jī)械性能和低的中子吸收截面。燃料芯塊是圓柱體，由濃縮的二氧化鈾粉末冷壓形成，燒結(jié)到需要的密度。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。 AP1000燃料棒的設(shè)計(jì)考慮了以下隨燃耗變化的效應(yīng)，包括燃料密度改變、裂變氣體釋放、包殼蠕變、芯塊一包殼相互作用(Pellet-Cladding Interaction, PCI)和其他物理性能。燃料棒的完整性設(shè)計(jì)能適應(yīng)高的燃料溫度、由裂變氣體釋放引起的

31、高內(nèi)壓以及高包殼應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)變疲勞和磨蝕。60 燃料棒被支撐在由14 個(gè)結(jié)構(gòu)格架（1個(gè)頂部格架、1個(gè)底部格架、8個(gè)中間格架和4 個(gè)中間攪混格架）加一個(gè)保護(hù)格架組成的燃料組件骨架中形成燃料組件。每個(gè)燃料組件包括括264 根燃料棒，24 根控制棒導(dǎo)向管和1 根儀表管。 AP1000 堆芯有157 組燃料組件，燃料棒采用17 x 17 排列，堆芯活性區(qū)高度為4.267m。AP1000堆芯設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)18個(gè)月?lián)Q料 (510 EFPD) ，具備向24個(gè)月?lián)Q料過(guò)渡的能力。堆芯功率密度與現(xiàn)役核電廠維持一致。 616263堆芯活性區(qū)燃料棒等效直徑初始堆芯活性區(qū)高度（冷態(tài)）高-徑比總截面積水鈾分子比（冷態(tài)）3.

32、0m4.3m1.407.3m22.40每個(gè)組件的棒束棒排列外徑包殼厚度包殼材料26417*170.95cm0.57mmZIRLOTM燃料芯塊燃料組件UO2芯塊密度（理論密度的%）直徑長(zhǎng)度95.5%0.82cm0.98cm數(shù)量整個(gè)組件截面尺寸燃料重量，UO2每個(gè)組件控制棒導(dǎo)向管的數(shù)量頂部和底部格架中間格架中間攪渾格架底部保護(hù)格架1570.21*0.21m95975kg242個(gè)8個(gè)ZIRLOTM4個(gè)ZIRLOTM1個(gè)燃料富集度（首爐堆芯布置的兩種方案）A區(qū)B區(qū)C區(qū)D區(qū)E區(qū)F區(qū)0.7401.6552.8003.0533.7274.2331區(qū)2區(qū)3區(qū)2.353.404.4564雙層安全殼結(jié)構(gòu) AP10

33、00的安全殼與通常壓水堆的預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼不同，它由兩層組成，其內(nèi)層為圓柱形鋼制容器，外層為鋼筋混凝土屏蔽構(gòu)筑物，均屬抗震I類構(gòu)筑物。 內(nèi)層獨(dú)立式的安全殼是帶上下橢圓封頭的圓柱形鋼制容器，它也是整個(gè)非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)的組成部分，鋼制安全殼容器(Steel Containment Vessel)由五個(gè)主要結(jié)構(gòu)模塊組裝建造而成。每個(gè)模塊都由預(yù)先成型的、噴好漆的鋼板(SA738)制成。這些模塊包含環(huán)形加強(qiáng)筋、環(huán)吊梁、設(shè)備閘門、人員氣閘門、貫穿件和其他附件。安全殼的設(shè)計(jì)能支撐環(huán)吊及其載荷，并考慮了蒸汽發(fā)生器的更換。6566鋼制安全殼作用有二： 1、作為防止放射性物質(zhì)釋放的最后一道屏障。 2、作為一

34、個(gè)巨大的傳熱表面，從安全殼移出足夠的能量，保證在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故下，安全殼不會(huì)超壓。 鋼制安全殼的技術(shù)參數(shù)如下： 材料：SA738，B級(jí) 直徑/高度：39.624m/65.634m 厚度：約45mm 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件（壓力/溫度）：0.406MPa/148.9 嚴(yán)重事故工況下（壓力/溫度）：0.88MPa/204.4 容積：56634m3 設(shè)計(jì)泄漏率：0.1%容積/天67 安全殼屏蔽構(gòu)筑物(Containment Shield Building) 為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與安全殼容器和輔助廠房共用基礎(chǔ)底板，筒體墻厚0. 914 m。另外，筒體在頂部錐形結(jié)構(gòu)上支撐PCS儲(chǔ)水箱(Passive Containm

35、ent Cooling Water Storage Tank , PCCWST)?？諝鈹U(kuò)散器位于屏蔽構(gòu)筑物頂部中央，向上排出冷卻安全殼的空氣和水汽。 68 安全殼屏蔽構(gòu)筑物的作用是： 在正常運(yùn)行期間，屏蔽構(gòu)筑物的作用是給安全殼鋼制容器、帶放射性的系統(tǒng)和部件 提供保護(hù)性屏障，以免受外部事件(颶風(fēng)、飛射物等)的影響。 作為非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，其內(nèi)壁與導(dǎo)流板一起形成通道，引導(dǎo)空氣從鋼制安全殼底部往上流動(dòng)，對(duì)鋼制安全殼表面進(jìn)行有效冷卻。697071鋼制安全殼的制造 鋼制安全殼是AP1000特有設(shè)備，其特點(diǎn)在于外形尺寸大、鋼板厚度大、封頭分片曲面形狀復(fù)雜、拼裝后的整體精度要求高， 且采用新型鋼板材料， 因此對(duì)CV安全殼容器的制造工藝提出了新的要求。 目前，山東核電設(shè)備制造公司該公司承擔(dān)的三門核電站一號(hào)機(jī)組鋼制安全殼底封頭的第一、二、三層共32張成型弧形鋼板已全部出廠，運(yùn)往三門核電站工程建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝組對(duì)和焊接。第四層32張弧形鋼板也已經(jīng)于5月22日全部壓制完成。72一回路設(shè)備特性小結(jié) AP1000反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)(RCS)的設(shè)計(jì)建立在西屋公司所設(shè)計(jì)并已通過(guò)運(yùn)行驗(yàn)證的成熟技術(shù)基礎(chǔ)之上。AP1000的RCS的主要部件與傳