1、AP1000核电站一回路系统设备 2012年12月培训目标 了解AP1000核电站的设计特点； 了解AP1000核电站的组成和主体流程； 了解系统主要功能和工艺 流程； 了解主要设备结构、作用 和工作 原理； 了解本系统和其它系统的 相互关 系； 了解系统和设备的主要技 术参数 。 21. 反应堆（1） 反应堆概述： 反应堆用于确保堆芯能按 核设计 要求进 行安 全可控的链式反应； 确保核裂变释放的热量能 按热工 水力设 计要 求有效地排出； 确保在寿期内全部堆内构 件保持 良好性 能， 即使在事故时仍能保证堆 结构的 完整性 和安 全性。 31. 反应堆（2） 反应堆主要包括以下部件： 堆芯
2、 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 41. 反应堆（3） 51. 反应堆（4） 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： 343 0 C 设计寿命：60年 内径：4.039m 总高：12.2m 61. 反应堆（5） 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 。 堆芯的主要设计参数： 堆芯燃料组件数：157合 控制棒组件数：53 灰棒组件数：16 初级中子源数：2 次级中子源数：2 71. 反应堆（6） 81. 反应堆（7） 91. 反应堆
3、（8） 燃料组件主要设计参数： 燃料组件设计 17x17 燃料组件数量 157 每个燃料组件中燃料棒数 量 264 包壳厚度 （mm） 0.57 燃料棒外径（mm） 9.50 燃料芯块长度（mm） 12.6 燃料组件长度（m ） 4.80 核裂变原料 铀235，浓集度2.35%-4.8% 101. 反应堆（9） 11 控制棒1. 反应堆（10） 控制棒设计参数： 控制棒（黑捧）： 53束，每束24根 吸收材料：银 - 铟- 镉合金封 包在不 锈钢管 内 灰棒： 16束，每束24根 吸收材料： 12根银 - 铟 - 镉合金，12根为不 锈钢材料 121. 反应堆（11） 13 各种控制材料中子吸
4、收份额1. 反应堆（12） 14 控制棒在堆芯内布置1. 反应堆（13） 15 控制棒驱动机构1. 反应堆（14） 16 可燃毒物组件1. 反应堆（15） 17 下部堆内构件1. 反应堆（16） 18 上部堆内构件1. 反应堆（17） 19 一体化上封头1. 反应堆（18） 20压力容器本体重量（kg ） 327000 压力容器总重量（kg ） 408000 上封头重量（kg ） 65800 长度（m ） 13.88 内径（m ） 4.04 入口接管数量 4 出口接管数量 2 直接注入接管数量 2 入口接管内径（mm ） 560 出口接管内径（mm ） 790 螺栓数量 45 螺栓直径（mm
5、） 180 2. 反应堆冷却剂系统 （1） 212. 反应堆冷却剂系统 （2） 主要功能： 反应堆冷却剂压力边界的 完整性 堆芯冷却和反应性控制 反应堆冷却剂系统压力控 制 过程监控 自动降压功能 222. 反应堆冷却剂系统 （3） 232. 反应堆冷却剂系统 （4） 24 电厂设计寿命（Y ） 60 核蒸汽供应系统功率（MWt ） 3415 设计压力（MPa.g ） 17.1 设计温度（C ） 343 运行压力（MPa.g ） 15.4 一回路水装量（m 3 ） 299 冷段数量 4 热段数量 2 热段内径（mm ） 790 冷段内径（mm ） 560 热段流量（m 3 /hr ） 4032
6、5 冷段流量（m 3 /hr ） 17876 冷段运行温度（C ） 281 冷段运行温度（C ） 321 2. 反应堆冷却剂系统 （5） 25 蒸汽发生器2. 反应堆冷却剂系统 （6） 蒸汽发生器主 要技 术特点 蒸汽发生器的U型传热管采用三角形排列； 蒸汽发生器在全挥发处理二次侧水化学条件下运行； 管板上的传热管采用全深度液压膨胀，最大限度地防止二 回路水进入传热管与管板之间的缝隙； U型传热管采用镍一铬一铁合金690热处理管； 采用三叶状孔（梅花孔）支撑板,改进了防振条工艺； 采用一体化的汽水分离器； 采用椭圆形的一次侧下腔室，便于机器人工具进出和维护 保养。 蒸汽发生器下封头直接与两台主
7、泵的壳体相连接。 262. 反应堆冷却剂系统 （7） 蒸汽发生器设计参数： 每台蒸汽发生器的管子数 ；10,025根 蒸汽发生器总高：22.5m 每台蒸汽发生器的蒸汽流 量：3400T/h 总的蒸汽流量：6795T/h 给水温度：227 蒸汽发生器出口压力：5.612MPa 设计压力：8.274 MPa 设计温度：316 272. 反应堆冷却剂系统 （8） 28 图3.2.4 稳压器 稳压器2. 反应堆冷却剂系统 （9） 稳压器主要功能： 压力控制 超压保护 容积补偿 排除不凝性气体 292. 反应堆冷却剂系统 （10 ） 302. 反应堆冷却剂系统 （11 ） 312. 反应堆冷却剂系统 （
8、12 ） 32 反应堆冷却剂泵2. 反应堆冷却剂系统 （13 ） AP1000主泵特点： 主泵直接与蒸汽发生器的下封头连接。这种结构设计取消了 主泵与蒸汽发生器之间的冷却剂管道，降低了环路的压降， 简化了蒸汽发生器、泵和管道支承系统。 主泵没有轴密封装置，因而消除了因轴密封失效导致失水事 故的可能性，从而大大提高了安全性，也减少了泵的维修工 作量。 主泵电机设置上下两个钨合金飞轮，以提高泵的转动惯量， 延长惰走时间，从而增加失去电源之后堆芯的热工裕量。 主泵装有三个轴承，两个径向轴承和一个双向推力轴承，都 在电机一侧，轴承采用水润滑方式。 主泵启动时采用变频调速控制装置，降低冷态工况时的电机
9、功率，从而最大限度地缩小电机尺寸。 332. 反应堆冷却剂系统 （14 ） 34 主泵数量 4 主泵类型 屏蔽泵 主泵材料 不锈钢 主泵额定流量（m 3 /hr ） 17876 主泵额定压头（m ） 111 设计压力（MPa.g ） 17.13 设计温度( C) 343.3 最大持续设备冷却水进口温度( C) 35 泵出口管嘴内径（mm ） 559 泵吸入管嘴内径（mm ） 660 2. 反应堆冷却剂系统 （15 ） 35 热段2. 反应堆冷却剂系统 （16 ） 36 冷 段2. 反应堆冷却剂系统 （17 ） 37 AP1000 运 行模式 模式 运行工况 反应性状况 Keff 额定功率% 平
10、均温度C 1 功率运行 0.99 5 300.9T avg 291.7 2 启动 0.99 5 291.7 3 热备用 215.6 4 安全停堆 T avg 93.3 5 冷停堆 0.99 / 93.3 6 换料 / / 71.1 3. 化学和容积控制系 统（1 ） 基本功能： 容积控制，通过上充和下 泄功能 维持稳 压器 水位，保持一回路水容积 。 反应性控制，调节冷却剂 硼浓度 ，补偿 反应 堆缓慢的反应性变化。 化学控制，控制反应堆冷 却剂的pH值、氧含 量和其他气体含量，防止 腐蚀， 裂变气 体积 聚和爆炸；除去腐蚀和裂 变产物 ，降低 冷却 剂的放射性水平。 383. 化学和容积控制
11、系 统（2 ） 393. 化学和容积控制系 统（3 ） 40 容积控制原理3. 化学和容积控制系 统（4 ） 41 化学控制原理3. 化学和容积控制系 统（5 ） 反应性控制原理 加硼，在补水泵吸入口注入 预先规 定数量 的硼酸溶液。在正常功率 运行时 ，为了 将调 节棒组调整到正常使用范 围；或 者，反 应堆 停运时，为了增加停堆深 度，需 进行加 硼操 作。 稀释，用等量的除盐水代替一 部分一 回路 冷却剂的硼水。 423. 化学和容积控制系 统（6 ） 主要的设计参数 正常硼化流量：22.71m 3 /h 正常稀释流量：22.71m 3 /h 正常下泄净化流量：22.71m 3 /h 通
12、过离子交换床的最高允许温度：54.4 硼酸贮存箱的硼浓度：4375PPm 反应堆冷却剂过虑器（A.B）精 度： 0 . 2 5 m 一台上充泵最补水流量：30.66m 3 /h 二台上充泵最补水流量：39.75m 3 /h 434. 正常余热排出系统 （1） 主要功能： 停堆冷却：在停堆冷却的第二阶段， 将一回 路从 176.7 降到51.7 ，并维 持此温 度稳定 。 停堆净化：在换料工况下，与化容系 统配合 ，余热 排出泵代替主泵作为净化流的强制循 环驱动 压头， 对一回路和换料水池的水体进行净化 ，以保 持RCS 和 换料水池的水质指标。 冷却安全壳内置换料水箱（IRWST ）。 444
13、. 正常余热排出系统 （2） 454. 正常余热排出系统 （3） 464. 正常余热排出系统 （4） 正常余热排出系统的投入 前主要 包括两 大项 操作 硼浓度的调整：防止在余热 排出系 统内硼 浓度低于RCS 的硼浓度情况下 误稀释 一回路 ； 升压和加热：避免压力和热 冲击， 以保护 余热排出系统的泵和热交 换器。 474. 正常余热排出系统 （5） 48 表 3.4.2 正常余热排出系统（RNS ）主要参数 安全壳外 侧隔离阀到 RCS 间部分 设计压力 17.13MPa 安全壳外的其余部分设计压力 6.21MPa RNS 投入 运行时的 RCS 压力 3.1MPa RNS 投入 运行时
14、的 RCS 温度 176.7 设备冷却水正常供水温度 35 设备冷却水最高供水温度 43.3 RCS 冷却 结束时的温度 51.7 冷却时间（停堆后） 96h 5. 乏燃料水池冷却系 统（1 ） 系统功能： 排出乏燃料水池内的乏燃 料衰变 热，保 持池 水温度在可接受的范围； 净化乏燃料水池水体； 在安全壳内换料水箱（IRWST ）、换 料水池 和 其它乏燃料相关的坑井、 通道之 间实现 水体 输送。 495. 乏燃料水池冷却系 统（2 ） 505. 乏燃料水池冷却系 统（3 ） 51 表 3.7.2 乏燃料池冷却系统（SFS ）主要参数 乏燃料贮存能力 889 组燃料组件 乏燃料池水的容积（
15、包括无燃料的贮存格架） 685m 3乏燃料转运舱的容积（最小） 243m 3乏燃料容器冲洗井的容积（最小） 117m 3乏池冷却水的额定硼浓度 2500ppm 6. 装卸料系统（1） 系统主要功能： 在正常运行和事故工况下 ，保证 储存的 燃料 组件处于次临界状态； 燃料运输系统可以将堆芯 内的乏 燃料组 件运 送到乏燃料水池内，并将 新燃料 组件送 入堆 芯； 在正常运行和事故工况下 ，贮存 新燃料 组件 和乏燃料组件； 在换料期间，提供拆卸、 组装及 存放压 力容 器上封头和堆内构件的设 备； 526. 装卸料系统（2） 536. 装卸料系统（3） 54 装卸料机6. 装卸料系统（4） 5
16、5 燃料抓取机6. 装卸料系统（5） 56 燃料运输通道6. 装卸料系统（6） 换料操作过程 装卸料机定位于堆芯燃料组 件上方 ，用装 卸料机 把乏燃料组件提出堆芯，但是要注意 留有足 够厚度 的水屏蔽层以防止对操作人员的辐射 危害； 换料小车从辅助厂房通过转 运管道 进入换 料水池 ，利用倾翻机将燃料篮由水平翻至垂 直状态 ； 将抓有乏燃料组件的装换料机 移动到 换料小 车空 燃料篮上方，把乏燃料组件装入空燃 料篮； 装卸料机返回堆芯，按照燃料 卸载顺 序准备 抓取 下一组燃料组件； 576. 装卸料系统（7） 倾翻机将燃料篮由垂直翻至水平状态，运输小车把乏燃料 组件通过燃料转运通道传输到辅
17、助厂房并倾翻至垂直状态； 利用燃料抓取机把乏燃料组件卸下，放入预定的乏燃料贮 存架内； 再次将燃料篮由垂直翻至水平状态，运输小车返回反应堆 厂房内的换料水池后，燃料篮由水平翻至垂直状态； 装卸料机从堆芯抓出另一个燃料组件，放入换料小车的燃 料篮中； 继续重复以上步骤，直到把所有的燃料组件都卸出堆芯。 装料的操作步骤与卸料步骤正好相反。 587. 设备冷却水系统（1） 系统功能： 为各类非安全设备提供冷 却水， 冷却各 种核 岛热交换器、泵等设备； 经过由厂用水系统冷却的 热交换 器将热 负荷 传递至最终热阱 海水； 在核岛热交换器和海水之 间形成 屏障， 防止 放射性流体不可控制地释 放到海
18、水中， 避免 由于海水直接冷却而产生 腐蚀污 垢等问 题。 597. 设备冷却水系统（2） 607. 设备冷却水系统（3） 61 表 3.5.1 设备冷却水系统（CCS ） 主要参数 设备名称 参数 设备冷却水泵 设计流量 设计扬程 2225.82 m 3 /h 77.72 m 设备冷却水热交换器 设计能力 设计流量 设冷水侧 厂用水侧 8.17 MW/ C 2225.82 m 3 /h 8.17 MW/ C 2680 m 3 /h 8. 厂用水系统（1） 系统功能： 在各种运行模式下带走设 备冷却 水系统 的热 量 628. 厂用水系统（2） 638. 厂用水系统（3） 64表3.6.1 不
19、同运行模式下厂用水的额定流量和热负荷 CCS 泵 和热交换 器 SWS 泵正 常投入台数 额定流量 热传输 正常运行 ( 满负荷) 1 1 10,800 gpm (2453 m 3 /hr) 90.4 x10 6Btu/hr (26.5 MW) 电站冷却 2 2 21,600 gpm (4906 m 3 /hr) 303 x10 6Btu/hr (88.7 MW) 换料 ( 全堆芯卸出) 2 2 21,600 gpm (4906 m 3 /hr) 73.9 x10 6Btu/hr (21.6 MW) 电站启动 2 2 21,600 gpm (4906 m 3 /hr) 76.1 x10 6Btu/hr (22.3 MW) 支持安全停堆 和乏燃料冷却 的最小量 （SWS 系 统供 水温度 90.5 o F (32.5 o C) 1 1 10,300 gpm ( 2339 m 3 /hr) 182 x10 6Btu/hr ( 53.3 MW) 欢迎提问 Thank you for your attention ！
