AP1000教材堆芯設(shè)計生產(chǎn)準備處1目錄 目的堆芯設(shè)計整體特點反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)堆芯設(shè)計引用資料2目的介紹AP1000核電站堆芯及堆芯設(shè)計相關(guān)知識3

芯-》堆芯-》AP1000的堆芯AdvancedPassiveLWR先進的非能動的輕水堆4第三代核電站第三代核電站的概念：相對實現(xiàn)了系列化和標(biāo)準化的第二代技術(shù)而言具有更高的安全性和經(jīng)濟性，滿足UtilityRD（美國用戶要求文件）和EUR要求的先進性機組URD對新建電站的主要要求：更大的功率（100~150萬千瓦）更高的安全性更長的壽命（60年）更短的建設(shè)周期（48~52個月）更好的經(jīng)濟性5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≤1.0*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%）6第三代核電站（續(xù)）更高的經(jīng)濟目標(biāo)造價大大降低約為1200美元/KWe（批量化后大幅降低造價）(2200/1760)生產(chǎn)成本大大降低約3.4美分/KWh7AP1000堆芯設(shè)計整體特點AP1000的堆芯保持了傳統(tǒng)壓水堆（314）的堆芯構(gòu)造(比利時的Doel4和Tihange3)；堆芯核設(shè)計依據(jù)與第二代壓水堆基本相同；從首爐料開始就實現(xiàn)18個月長燃料循環(huán)；設(shè)計方法和設(shè)計內(nèi)容與第二代壓水堆相比有一定改進；達到第三代壓水堆的要求；具備不調(diào)硼負荷跟隨能力。8大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點9大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點10反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)堆芯11壓力容器剖面圖12堆芯田灣13表示，共計42個通道MA：MSHIM灰棒組AMB：MSHIM灰棒組BMC：MSHIM灰棒組CMD：MSHIM灰棒組DM1：MSHIM黑棒組1M2：MSHIM黑棒組2AO：A.O.控制棒組SD1：停堆棒組1SD2：停堆棒組2SD3：停堆棒組3SD4：停堆棒組414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個堆芯測量通道69束控制棒組件15組件田灣16田灣17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，2.35~4.45)組件中燃料棒采用17x17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燃料組件有2個頂部和底部格架，8個中間格架，4個中間攪混格架和一個底部保護格架18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17X1714英尺（426.72厘米）Robust燃料組件；具備不調(diào)硼負荷跟隨能力最大燃料組件卸載燃耗58,000MWD/TU和最大燃料棒燃耗62,000MWD/TU19燃料棒20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放的裂變氣體，補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21控制棒布置22控制棒組件23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荷跟蹤操作，提供機械補償替代使用改變硼濃度的化學(xué)補償24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個初級和2個次級中子源組件初級源棒含有一個放射性材料，在初始堆芯裝料、啟動和初始堆芯運行初期自發(fā)地發(fā)射中子次級中子源棒含有一個穩(wěn)定的中子源材料，在堆內(nèi)運行期間被活化，材料被活化后會釋放中子25堆芯設(shè)計基準在工況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l(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)計基準保持一致在出現(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26堆芯設(shè)計基準燃料組件應(yīng)能經(jīng)承受運輸、操作和堆芯裝載中引起的非運行載荷作用燃料組件可接受控制棒的提升和下插，以便為功率運行和反應(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行模式的要求燃料棒的設(shè)計應(yīng)滿足設(shè)計準則的要求，以使燃料棒的燃耗水平達到設(shè)計卸料燃耗27堆芯設(shè)計組成部分堆芯核設(shè)計熱工水力設(shè)計堆芯水力設(shè)計堆芯監(jiān)測儀表28核設(shè)計工具使用新版APA程序包進行堆芯核設(shè)計。主要程序如下：用多群（70群）兩維輸運理論組件能譜程序PHOENIX-P計算燃料組件均勻化兩群擴散參數(shù)及反射層參數(shù)。核數(shù)據(jù)庫采用ENDF/BVI庫用三維兩群節(jié)塊展開法擴散理論程序ANC進行堆芯計算（包括功率分布、燃耗、臨界硼濃度、反應(yīng)性系數(shù)、控制棒價值等等主要的核設(shè)計內(nèi)容）用一維兩群細網(wǎng)擴散理論程序APOLLO進行軸向功率分布、控制棒微分價值、負荷跟隨、功率能力分析等設(shè)計計算。用積分輸運理論程序LASER計算燃料棒內(nèi)部功率分布29核設(shè)計的概念反應(yīng)堆是個持續(xù)變化的動態(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、控制棒的移動等動態(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間、空間發(fā)布變化的核設(shè)計就是通過計算模型對這些變化進行分析30核設(shè)計重要參數(shù)燃耗，核燃料消耗的度量NRC批準的最大平均燃耗為60000MWd/tU反應(yīng)性%反應(yīng)性系數(shù)%/單位31負反應(yīng)性反饋：負燃料溫度系數(shù)；功率運行時有負的慢化劑溫度系數(shù)反應(yīng)性控制（控制棒和硼酸）32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33熱工水力設(shè)計概念設(shè)計使堆芯裂變能傳遞到二環(huán)路系統(tǒng)設(shè)計使停堆后把堆芯余熱傳出來同時確定電廠的設(shè)計準則，對核設(shè)計、機械設(shè)計、測量儀表等提出設(shè)計要求堆芯熱工水力設(shè)計中的DNB分析采用全統(tǒng)計方法（RevisedThermalDesignProcedure-RTDP）34熱工水力設(shè)計的重要參數(shù)偏離泡核沸騰DNB偏離泡核沸騰比DNBRDNBR=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2593℃3536堆芯水力設(shè)計概念對堆芯流量大小、流量分配、堆芯阻力及流量的不穩(wěn)定性等進行計算預(yù)計主要參數(shù)：堆芯流量大小堆芯阻力及壓降