第四章AP1000反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)杜圣華上海核工程研究設(shè)計(jì)院2008年7月目錄4.1堆芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.2反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件4.3反應(yīng)堆壓力容器及一體化頂蓋4.4反應(yīng)性控制及控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4.5反應(yīng)堆本體配套部件4.1堆芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

AP1000堆芯由157個(gè)燃料組件，69束控制棒，幾十個(gè)可燃毒物和阻力塞組件及4個(gè)中子源組件，構(gòu)成等效直徑為3.04m，活性區(qū)高度為4.267m的核裂變反應(yīng)區(qū)。圖4.1.1堆芯布置功能：實(shí)現(xiàn)核燃料裂變并將核能轉(zhuǎn)化為熱能，既是釋放能量，又是強(qiáng)放射性源。燃料棒包殼是放射性裂變產(chǎn)物的首道屏障。燃料組件柵格排列保持核設(shè)計(jì)中堆芯水鈾體積比。圖4.1.1堆芯布置組件結(jié)構(gòu)可為控制棒、可燃毒物、中子源、阻力塞和中子探測(cè)提供導(dǎo)向，插入和冷卻條件。組件結(jié)構(gòu)為冷卻劑流動(dòng)和帶出熱量分布均勻。燃料組件為安全三級(jí)，抗震類別為SSE，質(zhì)量等級(jí)為QA1級(jí)。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：在冷卻劑壓力，溫度下燃料棒包殼必須自立設(shè)計(jì)壽期內(nèi)，燃料棒不應(yīng)發(fā)生蠕變坍塌設(shè)計(jì)壽期內(nèi)棒內(nèi)部氣體壓力低于冷卻劑工作壓力最熱燃料芯塊中心溫度低于二氧化鈾燃耗相應(yīng)熔點(diǎn)包殼有效應(yīng)力不超過材料輻照后屈服強(qiáng)度包殼周向彈性加塑性拉伸應(yīng)變不超過1%燃料棒包殼累積應(yīng)變疲勞因子低于設(shè)計(jì)應(yīng)變疲勞壽命包殼均勻腐蝕深度或磨蝕深度小于包殼壁厚的10%燃料組件承受I、II類工況下流體引起振動(dòng)，壓力波動(dòng)流動(dòng)不穩(wěn)定引起作用燃料組件為控制棒提供通道，緩沖和沖擊燃料組件為容納相關(guān)組件并提供足夠冷卻燃料組件在堆內(nèi)能承受橫向和軸向載荷，其變形在限值之內(nèi)不發(fā)生失穩(wěn)組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：國(guó)外壓水堆高性能燃料組件的開發(fā)按17×17-25型排列主要有三種結(jié)構(gòu)型式：法國(guó)的AFA－3G,西屋Performavce+和西門子動(dòng)力公司的HTP。圖4.6.2，4.6.3，4.6.4。結(jié)構(gòu)材料：（1）活性段結(jié)構(gòu)材料包括燃料棒包殼、導(dǎo)向管、通量管和定位格架。采用吸收中子少，耐腐蝕，低輻照生長(zhǎng)和低蠕變的新型鋯合金：ZiRLo，M5,ELS-DUPLex鋯合金。（2）非活性段材料上下管座為304不銹鋼，彈簧為低鈷因科鎳－718合金。結(jié)構(gòu)形式（1）定位格保護(hù)格架，中間格架，端部格架，要求吸收中子少的鋯合金條帶，帶導(dǎo)向翼，中間格架有攪混冷卻功能，沖制成形，激光焊接。（2）導(dǎo)向管帶水力緩沖器，上、下可拆結(jié)構(gòu)圖4.1.2法國(guó)AFA－3G燃料組件圖4.1.3西屋P＋燃料組件（3）上、下管座上管座：優(yōu)化上管座彈簧壓緊力，改進(jìn)流水孔孔型下管座：過濾異物上下管座，均為可拆連接件（4）燃料棒細(xì)棒徑9.59mm，大晶粒UO2芯塊。表4.1國(guó)外四種型號(hào)高性能燃料組件參數(shù)表4.2國(guó)外四種型號(hào)高性能燃料組件參數(shù)表4.1國(guó)外四種型號(hào)高性能燃料組件參數(shù)比較類型項(xiàng)目AFA－3GVantage+Performance+HTP幾何尺寸：柵元排列17×1717×1717×1717×17燃料棒直徑mm9.5×0.579.5×0.579.5×0.579.5×0.57燃料棒數(shù)264264264264中子測(cè)量管數(shù)1111導(dǎo)向管數(shù)24242424棒柵元距cm1.261.261.261.26組件間距cm21.50421.50421.50421.504組件邊長(zhǎng)cm21.40221.40221.40221.402芯塊直徑mm8.198.198.198.19芯塊高度mm13.513.513.513.5燃料棒長(zhǎng)度cm385.15－448.8385.15－448.8385.15－448.8385.15－448.8結(jié)構(gòu)材料：包殼材料M5ZrRLTMZiRLOTMELS-DoPLEX合金導(dǎo)向管材料Zr-4Zr-4ZiRLOTMZiRLOTM定位格架材料Zr-4-InconelZr-4Zr-4-InconelZr-4-Inconel攪混格架材料Zr-4-InconelZr-4Zr-4-InconelZr-4-Inconel端部格架材料InconelInconelInconelInconel上、下管座材料304304304304表4.2國(guó)外四種型號(hào)高性能燃料組件參數(shù)比較類型項(xiàng)目AFA－3GVantage+Performance+HTP定位格架形式雙金額格架雙金額格架雙金額格架雙金額格架中間格架數(shù)6-7（14英寸）6-7（14英寸）6-7（14英寸）6-7（14英寸）交混格架數(shù)3-43-43-43-4端部格架數(shù)2222保護(hù)格架/上、下管座：上管座形式板彈簧可拆結(jié)構(gòu)板彈簧可拆結(jié)構(gòu)板彈簧可拆結(jié)構(gòu)板彈簧可拆結(jié)構(gòu)下管座形式方孔形濾網(wǎng)小圓孔形濾網(wǎng)小圓孔形濾網(wǎng)曲板濾網(wǎng)可燃毒物：材料Gd2O3Gd2O3ZrB2Gd2O3形式UO2+Gd2O3芯塊UO2+Gd2O3芯塊TFB芯塊燃耗深度：堆芯平均卸料燃耗45000MWd/TU45000MWd/TU45000MWd/TU燃料燃耗限值55000MWd/TU55000MWd/TU55000MWd/TU燃料循環(huán)相對(duì)成本88%88%88%88%核電站使用經(jīng)驗(yàn)九十年代末開發(fā)，尚處試用階段1989年開發(fā)，現(xiàn)正廣泛使用1992年開發(fā)，現(xiàn)已有8萬組件應(yīng)用

AP1000堆芯采用燃料是基于RFA燃料組件（Robust

Fuel

Assembly）和RFA-2燃料組件并經(jīng)改進(jìn)，它在抗腐蝕、燃耗性能、抗異物、機(jī)械穩(wěn)定性、熱工水力性能和核性能等方面有所改進(jìn)。

AP1000燃料組件是17X17加長(zhǎng)型（XL）燃料組件（見圖4.1.4）。每個(gè)組件有264根包殼材料為ZLROTM的燃料棒，24根控制棒導(dǎo)向管，以及1根儀表測(cè)量管。上、下管座是可拆卸的，可以更換損壞的燃料棒。上管座使用一體化結(jié)構(gòu)，定位格架是“蛋簍”焊接結(jié)構(gòu)，攪混格架與定位格架相似結(jié)構(gòu)。未輻照過AP1000燃料組件結(jié)構(gòu)參數(shù)見表4.3。圖4.1.4

AP1000燃料組件表4.3未輻照過的AP1000燃料組件結(jié)構(gòu)參數(shù)總高（不包括頂部彈簧）組件橫截面長(zhǎng)/寬燃料長(zhǎng)度燃料棒長(zhǎng)度燃料棒內(nèi)上空腔長(zhǎng)度燃料棒內(nèi)下空腔長(zhǎng)度包殼材料中間格架和攪混格架材料底部和頂部格架材料燃料芯塊下管座上管座4795.5mm214.02X214.02mm4267.2mm4583.2mm164.46mm122.56mmZ1RLOZ1RLO718因科鎳合金（低鈷）二氧化鈾材料304不銹鋼（低鈷）AP1000燃料組件特點(diǎn)：1）一體化上管座

AP1000燃料采用一體化上管座WIN設(shè)計(jì)，取消了約束壓緊彈簧的螺栓。避免發(fā)生彈簧螺栓斷裂的可能性。消除運(yùn)行中斷裂螺栓進(jìn)入冷卻劑系統(tǒng)成為損壞燃料的異物。2）帶異物過濾的下管座和保護(hù)格架下管座為組件的第一道異物過濾裝置流水孔設(shè)計(jì)使異物顆粒通過到燃料棒可能性最小，又不影響燃料組件水力和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。保護(hù)格架增加一道抗異物屏障，保護(hù)格架與攪混格架相似“蛋簍”狀格架但沒有攪混翼，高度矮，材料為鎳基合金，由于格架焊接交點(diǎn)與下管座濾網(wǎng)孔中心對(duì)準(zhǔn)，減小了通過異物的尺寸。3）可拆卸上、下管座上、下管座設(shè)計(jì)成可拆卸，上管座通過管狀插件脹入導(dǎo)向管方法與導(dǎo)向管連接，帶環(huán)形防松帽的套管螺栓防松帽連接，將下管座與導(dǎo)向管連接固定。4）Z1RLO材料的定位格架

Z1RLO合金具有中子吸收低，機(jī)械程度性能好優(yōu)點(diǎn)，AP1000燃料的中間定位格架采用第三代攪混翼設(shè)計(jì)，對(duì)稱布置消除原設(shè)計(jì)攪混翼存在凈力和扭矩，還提供最大的磨蝕裕量。5）中間攪混格架

AP1000燃料組件上部四個(gè)中間定位格架之間增加四個(gè)中間流量攪混（IFM）作用的格架，提供了額外的流體攪混，增加了燃料的傳熱能力，改善燃料組件偏離泡核沸騰熱工水力性能。對(duì)稱布置，減少扭力，采用Z1RLO材料。6）Z1RLO燃料棒包殼

Z1RLO合金的包殼管材料堆內(nèi)運(yùn)行性能良好，已有15年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，滿足24個(gè)月的循環(huán)換料和高燃耗及鈾濃度高負(fù)載的要求。7）軸向濃度分區(qū)有些燃料棒的頂部和底部設(shè)置鈾-235低富集度。兩端區(qū)的燃料利用沒有中間部分有效，將有更高富集度的燃料放在利用率高的中間區(qū)，提高燃料有效利用。設(shè)置軸向低富集區(qū)與軸向分區(qū)可燃毒物的應(yīng)用相結(jié)合，提高燃料有效利用，并不影響熱工裕度。8）一體化燃料可燃毒物燃料組件中有些棒的芯塊涂有硼化鋯可燃吸收體。用于補(bǔ)償堆芯循環(huán)初期的后備反應(yīng)性。一體化可燃毒物（IFBA）與分列式可燃料吸收體相比，優(yōu)點(diǎn)是：幾乎沒有燃料和擠水的中子損失，減少線發(fā)熱率；更精確的預(yù)計(jì)燃耗；增加堆芯燃料裝載靈活性和節(jié)約成本等。4.1.2控制棒組件功能：控制棒組件是用來控制核反應(yīng)堆核裂變反應(yīng)，啟動(dòng)和停堆，調(diào)節(jié)反應(yīng)堆的功率，抑制氙振蕩。在事故工況下快速下插，短時(shí)期內(nèi)緊急停堆，以保證反應(yīng)堆安全。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：中子吸收體最高中心溫度低于熔點(diǎn)，棒表面不發(fā)生體積沸騰棒包殼在壓力，高溫下必須自立控制棒包殼長(zhǎng)期使用不發(fā)生蠕變坍塌棒內(nèi)氣體壓力低于冷卻劑工作壓力控制組件在規(guī)定步躍及快插次數(shù)下應(yīng)保持完整性控制棒及導(dǎo)向管水力緩沖應(yīng)吸收其能量，減少對(duì)導(dǎo)向管沖擊力控制組件必須具有互換性，并在抽插過程中抽插力在設(shè)計(jì)限值內(nèi)在事故工況下控制組件所產(chǎn)生的變形，不影響反應(yīng)堆的緊急停堆功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

AP1000堆芯內(nèi)設(shè)置有69束控制棒，分為黑體棒和灰棒兩類黑體棒（碳化硼/銀銦鎘合金）53束，灰棒（銀銦鎘合金/304ss）16束，每束控制組件的吸收棒數(shù)為24根。棒價(jià)值較低的控制棒（灰棒）在無須改變可溶硼濃度情況下完成的負(fù)荷跟蹤，采用自動(dòng)負(fù)荷跟蹤控制方法，防止氙振蕩，消除每天數(shù)千加侖水處理改變可溶硼濃度的要求。灰棒組件結(jié)構(gòu)與黑體棒組件相同只是吸收體和動(dòng)作要求不同。控制棒組件：吸收體采用碳化硼/銀銦鎘合金(80%Ag-15%In-5%Cd)制成細(xì)棒，外包不銹鋼包殼。每束控制棒組件由24根控制棒和連接柄連接而成。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過連接柄帶動(dòng)組件上、下運(yùn)動(dòng)。連接柄的終端絲扣與驅(qū)動(dòng)軸傳動(dòng)桿可拆接頭連接或脫扣。連接柄內(nèi)下端設(shè)彈簧，對(duì)控制棒快速下插到底時(shí)起緩沖作用。圖4.1.5控制棒組件圖4.1.6圖4.1.7表4.4控制組件參數(shù)：黑體棒灰棒每束控制棒數(shù)2424吸收體下部材料Ag-In-Cd304不銹鋼外徑8.53mm8.53長(zhǎng)度1500mm上部材料B10（19.9%）Ag-In-Cd外徑8.53mm8.53長(zhǎng)度2610mm包殼材料304不銹鋼304不銹鋼包殼厚度0.470.47棒外徑9.689.68高性能控制棒組件（EP－RCCA）設(shè)計(jì)特點(diǎn)：（1）控制棒包殼表面噴涂0.0127mm的工業(yè)硬度的鉻，提高了控制棒耐磨性，延長(zhǎng)使用壽命。（2）提高控制棒材料純度增加坑腐蝕性能。（3）增加吸水體與包殼徑向間隙由0.08mm提高到0.21mm，減少棒的輻照變形。4.1.3可燃毒物組件功能：補(bǔ)償部分剩余反應(yīng)性，保持反應(yīng)堆具有負(fù)的溫度系數(shù)。利用固體可燃毒物合理布置，改善反應(yīng)堆堆芯的功率分布。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則類同控制組件。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：可燃毒物組件由可燃毒物棒，連接板和彈簧壓緊部件等組成。可燃毒物棒：中子吸收體為隨堆運(yùn)行逐步燒掉的同位素如、硼、釓及其它化合物，如硼硅玻璃、硼不銹鋼、三氧化釓塊等外包不銹鋼，兩端密封。圖4.1.8圖4.1.9西屋公司設(shè)計(jì)采用濕環(huán)形的可燃毒物組件（簡(jiǎn)稱WABA）組件。

WABA的可燃毒物由AL2O3-B4C環(huán)狀芯塊構(gòu)成，它被包在二個(gè)同芯，鋯管內(nèi)見圖4.1.9。運(yùn)行時(shí)冷卻水可以從棒外和棒內(nèi)孔流過冷卻可燃毒物吸收體，又增加中子慢化，使用結(jié)果表明WABA型可燃毒物棒化棒束形具有更好的核性能，WABA型可燃毒物能使燃料循環(huán)費(fèi)用比硼酸玻璃設(shè)計(jì)節(jié)省1～2%。另外WABA可燃毒物組件與燃料棒內(nèi)1FBA帶可燃毒物芯塊聯(lián)合使用具有更好延長(zhǎng)換料周期，提高燃料經(jīng)濟(jì)性和更低的峰值因子。4.1.4中子源組件功能：在反應(yīng)堆啟動(dòng)達(dá)到臨界前提高中子通量密度，使源量程的核測(cè)量?jī)x器較好測(cè)出通量水平及其增長(zhǎng)速率，保證反應(yīng)堆快速啟動(dòng)的安全。中子源分初級(jí)源和次級(jí)源。初級(jí)源用于反應(yīng)堆調(diào)試運(yùn)行。電站投運(yùn)后初級(jí)源衰變，而次級(jí)源經(jīng)過中子輻照后充分活化，替代初級(jí)源。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：除類同控制組件外，其源強(qiáng)度由核設(shè)計(jì)計(jì)算確定初始強(qiáng)度＞4×108n/s。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：中子源棒：初級(jí)中子源用釙－鈹源或锎源釙－210放出粒子轟擊鈹核產(chǎn)生中子：

锎－252放射性衰變直接產(chǎn)生中子次級(jí)中子源是銻－鈹源銻在堆內(nèi)中子輻照下：T1/2=60天可放出射線

轟擊鈹產(chǎn)生中子組件：將初級(jí)、次級(jí)中子源棒，及阻力塞棒與連接柄連接一起，連接柄與控制組件相似，但端部沒有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，防止水力沖擊或振動(dòng)。在連接柄上裝有壓緊桿，支承筒及組合彈簧等部件。利用壓緊部件將中子源組件壓緊防止水力沖動(dòng)。圖4.1.10中子源組件圖4.1.10中子源組件4.1.5阻力塞組件功能：防止控制棒導(dǎo)向管內(nèi)冷卻劑的漏流，使絕大部分冷卻劑能有效地冷卻燃料棒。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：阻力塞棒為實(shí)心的不銹鋼棒，形狀粗短，堆芯插入深度較少。阻力塞組件由阻力塞棒，連接板和壓緊部件組成。一般阻力塞與可燃毒物，中子源組合而成，這樣保持堆芯每個(gè)燃料組件導(dǎo)向管的漏流量相近。圖4.1.11阻力塞組件圖4.1.11阻力塞組件4.2堆內(nèi)構(gòu)件功能：精確地定位和支承堆芯燃料組件及相關(guān)組件保持控制棒驅(qū)動(dòng)線與燃料組件的精確對(duì)中和導(dǎo)向構(gòu)成堆內(nèi)冷卻劑流道，合理分配和引導(dǎo)冷卻劑流向，減少無效流量為壓力容器提供屏蔽，減低壓力容器輻照損傷為堆內(nèi)中子通量和溫度測(cè)量提供支承和導(dǎo)向?yàn)槎研镜涮峁┒沃С泻途彌_該設(shè)備為安全3級(jí)，抗震1類，質(zhì)保等級(jí)為QA-1級(jí)。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：機(jī)械設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)載荷、設(shè)計(jì)溫度、應(yīng)力設(shè)計(jì)，應(yīng)力強(qiáng)度、設(shè)計(jì)限值、變形準(zhǔn)則等按照ASMEIII卷規(guī)定。水力設(shè)計(jì)：保證冷卻劑主流量95%進(jìn)入堆芯。進(jìn)入堆芯前流量不均勻系數(shù)小于5%。避免死水區(qū)，有一定量的旁流冷卻。避免發(fā)生強(qiáng)烈的流致振動(dòng)。橫向流動(dòng)力不應(yīng)妨礙控制棒自由運(yùn)動(dòng)、落棒時(shí)間，有利于事故停堆依靠自然循環(huán)適應(yīng)冷堆堆芯。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：材料、焊接、技術(shù)條件符合ASTM規(guī)范。導(dǎo)向組件在冷、熱態(tài)驅(qū)動(dòng)線對(duì)中可行性和可靠性。滿足換料和在役檢查整體吊裝要求。堆內(nèi)構(gòu)件連接件有可靠防松措施。與燃料組件相配定位銷應(yīng)滿足互換性要求。與壓力容器相匹配定位鍵可靠，不咬合、卡住和松動(dòng)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：堆內(nèi)構(gòu)件由堆內(nèi)下部支承構(gòu)件（吊籃部件），上部支承構(gòu)件（壓緊部件）和輻照監(jiān)督管及堆內(nèi)測(cè)量裝置等組成。下部堆內(nèi)支承構(gòu)件：下部堆內(nèi)構(gòu)件由吊籃筒體，堆芯下支承板、堆芯二次支承、渦流抑制板，堆芯圍筒、徑向支承健及中子襯墊相關(guān)附屬部件組成。圖4.2.1～4.2.4下部堆內(nèi)構(gòu)件。吊籃筒體采用懸掛式結(jié)構(gòu)，上法蘭掛在壓力容器內(nèi)壁凸緣上，通過四個(gè)定位健與容器定位，筒身上設(shè)有2個(gè)出水接管與壓力容器出口管密封環(huán)相接，冷態(tài)時(shí)單面留約2mm間隙，熱態(tài)時(shí)閉合。吊籃筒體下端由四個(gè)徑向定位徑向定位鍵與聯(lián)接在壓力容器上的鍵槽來定位。在壓力容器內(nèi)壁上裝有鍵槽塊，沿著周身均布。定位鍵與壓力容器上鑲塊相配合。限制吊籃筒體轉(zhuǎn)動(dòng)和平移，但允許徑向熱膨脹和軸向位移。堆芯支承板起整個(gè)堆芯承重和流體分配作用，厚度為381mm，設(shè)有314個(gè)定位銷，628個(gè)Φ70mm流水孔。堆芯支承板與吊籃筒體焊接。堆芯二次支承結(jié)構(gòu)固定在堆芯支承板下部，在假想事故中堆內(nèi)構(gòu)件發(fā)生跌落時(shí)，堆芯二次支承上能量吸收裝置能減少作用在壓力容器上的動(dòng)態(tài)載荷。下腔室渦流抑制板，用于抑制冷卻劑在下腔室反向流動(dòng)引起的流動(dòng)渦流。抑制板用堆芯下支承板上的支承柱支承。Reactor

Vessel

and

Internals

Cross

Sectional

View圖4.2.1下部堆內(nèi)構(gòu)件圖4.2.2堆芯下支承板圖4.2.3堆芯圍筒圖4.2.4堆芯圍筒Reactor

Vessel

Surveillance

Capsule

Locations堆芯圍筒位于吊籃筒體內(nèi)，下部堆芯支承板之上。AP1000堆芯圍筒采用4塊C形和8塊W形板焊接成形。外圍用Y形加強(qiáng)筋板和六個(gè)圍板，上、下端板焊接固定，構(gòu)成了堆芯徑向邊界。通過對(duì)燃料組件與圍筒之間的間隙和圍筒冷卻劑流入的尺寸控制，堆芯圍筒可以控制流徑堆芯冷卻劑的方向和流量。輻照監(jiān)督管和中子襯墊分別設(shè)置在吊籃筒體外壁上。輻照監(jiān)督管共八根，中子襯墊四塊對(duì)稱布置在筒體上。上部堆內(nèi)構(gòu)件（壓緊部件）上部堆內(nèi)構(gòu)件由上部支承法蘭，裙筒支承板，導(dǎo)向筒，支承柱和堆芯上板組織等組成。圖4.2.5－4.2.8為上部堆內(nèi)構(gòu)件結(jié)構(gòu)圖。上部支承組件為焊接結(jié)構(gòu)，由法蘭、裙筒和上部支承板組成。法蘭四周設(shè)方形槽孔與吊籃相配對(duì)中，上部支承板開設(shè)69個(gè)導(dǎo)向筒組件孔，和50個(gè)支承柱組件，支承柱內(nèi)部設(shè)有中子通量測(cè)量和熱電偶導(dǎo)向，溫度測(cè)量和中子通量測(cè)量集束管匯集成四束，從堆頂引出。支承柱固定在上部支承板和堆芯上板之間，傳遞支承機(jī)械載荷，并對(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)，為探測(cè)器提供保護(hù)通道。

AP1000堆芯內(nèi)測(cè)量裝置支承結(jié)構(gòu)包括一體化頂蓋結(jié)構(gòu)和反應(yīng)堆壓力容器。在停堆封頭頂蓋移開壓力容器前，測(cè)量裝置被拔起到一體化堆頂結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向筒里。導(dǎo)向筒外面繞有一個(gè)厚管，它在一體化堆頂上能起屏蔽輻射作用。測(cè)量管在堆芯內(nèi)是要穿過頂蓋貫穿件再進(jìn)入支承柱延伸區(qū)。支承柱延伸區(qū)從上部支承板向上延伸接近封頭頂蓋，這樣頂蓋貫穿件與支承柱延伸區(qū)間的距離可最小。這些支承柱延伸區(qū)由連接板來連接，為流動(dòng)載荷提供穩(wěn)定性，并為測(cè)量裝置插入定位。在堆芯上板與上支承板之間，支承柱為測(cè)量裝置提供支承，使測(cè)量裝置從堆芯上板下部進(jìn)入堆芯。堆芯上板厚度為76.2mm，設(shè)有69個(gè)Φ168mm，50個(gè)Φ157mm和38個(gè)Φ146mm三種流水孔，設(shè)有314個(gè)燃料組件定位銷。導(dǎo)向筒組件對(duì)控制棒驅(qū)動(dòng)軸和控制棒起導(dǎo)向和保護(hù)作用。導(dǎo)向筒組件采用～560mm，短連續(xù)導(dǎo)向段，兩層容器結(jié)構(gòu)形式。69個(gè)導(dǎo)向筒上端固定在上支承板上，下端通過銷釘限制在堆芯上板上，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位和支承。壓緊彈性環(huán)：將下部和上部堆內(nèi)構(gòu)件壓緊在壓力容器支承臺(tái)上，補(bǔ)償堆內(nèi)構(gòu)件受壓變形及熱膨脹量。輻照監(jiān)督管是測(cè)量堆芯區(qū)域反應(yīng)堆壓力容器材質(zhì)輻照脆性變化依據(jù)。輻照監(jiān)督管內(nèi)裝有反應(yīng)堆壓力容器母材、主焊縫及熱影響區(qū)的沖擊試樣，拉伸試樣，斷裂韌性試樣和溫度，中子注量測(cè)量試樣。輻照監(jiān)督管支承構(gòu)件設(shè)在吊籃筒體外側(cè)，其保護(hù)套管分別插入在8根輻照監(jiān)督管內(nèi)。8個(gè)試樣管內(nèi)含172個(gè)拉伸試樣，480個(gè)夏比沖擊試樣和48個(gè)緊湊拉伸試樣。安裝在壓力容器頂蓋上的中子注量測(cè)量和溫度測(cè)量引出管座也屬于一回路壓力邊界一部分，它由不銹鋼柔性石墨纏繞式墊片，碟形密封和卡套等三道機(jī)械密封以及集束管、錐面墊、定位墊、頂盤、半環(huán)、法蘭、螺栓螺母等零部件構(gòu)成堆內(nèi)構(gòu)件附件。AP1000堆內(nèi)構(gòu)件主要技術(shù)參數(shù)下部構(gòu)件（吊籃部件）

法蘭直徑 3915.16mm

法蘭厚度 88.9mm

筒體內(nèi)徑 3397.25mm

筒體厚度 50.8

吊籃支承板厚度 381mmAP1000堆內(nèi)構(gòu)件主要技術(shù)參數(shù)上部構(gòu)件（壓緊部件）

上法蘭外徑 3915.16mm

上法蘭厚度 114.3mm

裙筒直徑 3402mm

上空腔高度 985.52mm

上支承板厚度 304.8mm

堆芯上柵格板厚度 76.2mm

導(dǎo)向筒組件數(shù)量 69

上支承柱數(shù)量 50

輻照監(jiān)督管數(shù)量 8

中子襯墊數(shù)量 4圖4.2.5上部堆內(nèi)構(gòu)件圖4.2.6上部支承組件圖4.2.7堆芯上支承板圖4.2.8導(dǎo)向筒組件Control

Rod

Drive

Line

Cross

Sectional

View堆內(nèi)構(gòu)件初步尺寸和重量堆內(nèi)構(gòu)件部件/組合件最大直徑/寬度長(zhǎng)度/高度重量InchesmmInchesmmlbkg下部堆內(nèi)構(gòu)件組合件（包括CS，VSP和SCS）154.53924387.09830184,90083,870下部堆內(nèi)構(gòu)件分部件（吊籃筒體和堆芯下支承板）154.53924334.98506131,80059,783堆芯圍筒（CS）組合件133.43388188.8479646,25020,979下堆芯支承板（LCSP）137.6349516.040644,26020,076二次堆芯支承（SCS）組合件88.0223519.349044762030渦流抑制板（VSP）和二次堆芯支承88.0223552.1132365823108上部堆內(nèi)構(gòu)件組合件（帶有GT和USC導(dǎo)向杯形座）154.13914231.75885118,68553,835上部堆內(nèi)構(gòu)件分部件（w/o

GT

&

USC導(dǎo)向杯形座）154.13914137.5349362,93028,544上部支承柱（每根-w/o導(dǎo)向杯形座）

9.7246103.32624220100上部支承柱導(dǎo)向杯形座（最小長(zhǎng)度）2.7569.971.6181912255上部支承柱導(dǎo)向杯形座（最大長(zhǎng)度）2.7569.996.6245416474堆內(nèi)構(gòu)件初步尺寸和重量堆內(nèi)構(gòu)件部件/組合件最大直徑/寬度長(zhǎng)度/高度重量InchesmmInchesmmlbkg上堆芯板組合件133.333863.07672173276上支承板組合件154.5392450.8129045,88020,810RCCA導(dǎo)向筒組合件（每根帶緊固件）10.0254168.44277716325RCCA下部導(dǎo)向筒組合件（每根）10.025497.12466325148RCCA上部導(dǎo)向筒組件（每件）10.025470.91801372169控制棒驅(qū)動(dòng)線1.948.3286.97287----整個(gè)堆內(nèi)構(gòu)件154.5392444711,354303,585137,705AP1000堆內(nèi)構(gòu)件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

APl000堆內(nèi)構(gòu)件與西屋公司314型的Doel-3,4堆內(nèi)構(gòu)件總體布置，尺寸很相似，吊籃直徑、壁厚，吊藍(lán)與反應(yīng)堆壓力容器之間的環(huán)腔，堆內(nèi)構(gòu)件總尺寸和堆芯燃料組件數(shù)量外形尺寸等四個(gè)主要方面完全相同。

AP1000堆內(nèi)構(gòu)件的五項(xiàng)改進(jìn)，與Doel3,4相似總共有9項(xiàng)差異。

(1)APl000反應(yīng)堆入口管嘴流速比Doel堆高18％，反應(yīng)堆壓力容器與堆芯吊籃之間的環(huán)腔流速比Doel堆低13％；

(2)APl000堆芯流量比Doel堆高4％；

(3)APl000堆芯吊籃比Doel堆長(zhǎng)29.2cm；

(4)APl000堆取消了中子襯墊。AP1000堆內(nèi)構(gòu)件結(jié)構(gòu)上作了五項(xiàng)改進(jìn)見表：序號(hào)改進(jìn)處AP1000Doe1-3(1)進(jìn)出口嘴4進(jìn)2出3進(jìn)3出(2)進(jìn)出口嘴平面進(jìn)口高于出口同一平面內(nèi)(3)下部支承結(jié)構(gòu)中子通量測(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通量測(cè)量管在RPV下封頭兩塊支承板較多的中子通量測(cè)量支承柱(4)上部支承結(jié)構(gòu)增加導(dǎo)向筒導(dǎo)向筒數(shù)量少抬高壓緊項(xiàng)帽支承高度圍板采用焊接式圍板加上圍筒組合結(jié)構(gòu)減少大量聯(lián)接螺栓螺栓連接形式的圍板結(jié)構(gòu)大量的聯(lián)接螺栓改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)化了下部支承結(jié)構(gòu)，．減少中子通量管(承壓邊界)和中子通量導(dǎo)套管損傷機(jī)理簡(jiǎn)化圍板結(jié)構(gòu)，減少大量螺釘結(jié)構(gòu)，可以大量減少松動(dòng)件吊籃底部位置下移，有利于嚴(yán)重事故下堆總?cè)廴谖镌赗PV下部的滯留(IVR)帶來問題：局部尺寸變化對(duì)流致振動(dòng)影響主要材料和焊接材料堆內(nèi)構(gòu)件按其功能及其所處的環(huán)境條件選用具有足夠強(qiáng)度、韌性以及耐腐蝕(耐應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕及冷卻劑的均勻腐蝕)，耐輻照性能的材料。堆內(nèi)構(gòu)件主體、材料采用304L或321奧氏體不銹鋼。壓緊彈性環(huán)采用1Crl3Mo馬氏體不銹鋼，重要的定位鍵、定位銷和螺栓等采用F316或Inconel718(GH4169)鎳基合金。焊接材料：奧氏體-鐵素體、不銹鋼焊絲采用ER308L、ER316L，奧氏體-鐵素體不銹鋼焊條，E308L、E316L、E309L，鎳基合金焊絲ERNiCr-3，馬氏體不銹鋼焊條E410NiMo，鈷基合金堆焊條ECoCr-A。所采用的結(jié)構(gòu)材料及其焊接材料，均應(yīng)符合ASME，ASTM、GB和專用技術(shù)條件。結(jié)構(gòu)材料奧氏體不銹鋼：主體材料采用304L或321。其規(guī)格有鍛件、板材、棒材和管材，它們的化學(xué)成份，機(jī)械性能，非金屬夾雜物，晶粒度，抗晶間腐蝕性能等技術(shù)要求應(yīng)分別符合相應(yīng)材料技術(shù)條件要求。大型奧氏體不銹鋼鍛件下堆芯板：材料：SAl82F304H尺寸：Φ3654mmX38lmm上堆芯板：材料：SAl82F304H尺寸：Φ3912mmx1308mm壓緊部件法蘭：材料：SA182F304H尺寸：Φ外3915mm

Φ內(nèi)3253mm厚度：83mm支承板：材料：SAl82F304H尺寸：Φ3253mmx305mm吊籃筒體法蘭：材料：SAl82F304H尺寸：Φ外3915mm

Φ內(nèi)3385mm高度：3600mm馬氏體不銹鋼：

1Crl3Mo馬氏體不銹鋼用于壓緊彈性環(huán)，規(guī)格為鍛件，其材質(zhì)和性能要求應(yīng)符合相應(yīng)材料技術(shù)條件。

316L和718鎳基合金：用作定位鍵，徑向支承鍵，定位銷，螺栓等零件的316L或718鎳基合金鍛件和棒材，其材質(zhì)和性能均應(yīng)符合相應(yīng)的技術(shù)條件要求。焊接材料堆內(nèi)構(gòu)件主體材料為304L或321的焊接材料，及奧氏體不銹鋼與718鎳基合金之間的焊接材料，鈷基合金堆焊及其過渡層材料，包括奧氏體-鐵素體不銹鋼焊絲ER308L、ER316L；奧氏體一鐵素體不銹鋼焊條E308L，E316L和E309L。鎳基合金焊絲ERNiCr-3，馬氏體不銹鋼焊條E410NiMo及鈷基合金堆焊條ECoCr-A。鈷含量堆內(nèi)構(gòu)件材料中應(yīng)嚴(yán)格控制含鈷量，堆芯區(qū)材料，鈷含量不超過0.05％，這些材料包括吊籃筒體，圍板組件的輻板和圍板堆芯上下承板；壓力容器內(nèi)其他堆內(nèi)構(gòu)件材料鈷含量不超過O.10％，壓力容器外的結(jié)構(gòu)附件材料鈷含量不應(yīng)超過0.20％：對(duì)有特殊要求的，如密封，耐磨，而需堆焊鈷基合金除外。晶間腐蝕晶間腐蝕對(duì)于堆內(nèi)構(gòu)件的安全運(yùn)行有非常重量的潛在危險(xiǎn)，因此其原材料，焊縫及其熱影響區(qū)的材料和焊接技術(shù)條件中相應(yīng)要進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)，不應(yīng)有晶間腐蝕傾向。特殊材料堆內(nèi)構(gòu)件中的中子探測(cè)片，通量盒，低熔點(diǎn)測(cè)溫合金，壓力容器材料輻照監(jiān)督試樣，不銹鋼、纏繞石墨墊片等少量特殊應(yīng)用材料，均應(yīng)符合技術(shù)規(guī)格書中堆內(nèi)構(gòu)件材料技術(shù)條件要求。壓力邊界材料堆內(nèi)附件如螺栓、螺母、墊片等材料，也應(yīng)符合一回路壓力邊界材料要求。材料質(zhì)量證明書所有結(jié)構(gòu)材料、焊接材料以及堆內(nèi)構(gòu)件用的特殊材料，承壓邊界材料應(yīng)具有材料質(zhì)量保證書。質(zhì)量保證書包括如下內(nèi)容：

a)熔煉爐號(hào)；

b)化學(xué)成分分析結(jié)果

c)熱處理記錄

d)力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

e)金相檢驗(yàn)記錄

f)無損檢驗(yàn)結(jié)果

g)晶間腐蝕試驗(yàn)結(jié)果4.3反應(yīng)堆壓力容器及一體化頂蓋功能：容納堆芯、堆內(nèi)構(gòu)件、一回路冷卻劑承壓邊界支撐反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件、引導(dǎo)主冷卻劑流經(jīng)堆芯以保證可冷卻性為堆內(nèi)構(gòu)件提供定位和對(duì)中為控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、堆芯測(cè)量和一體化堆頂提供支承和對(duì)中換料操作期間，為換料水池和堆腔之間提供有效密封在堆芯熔化時(shí)，壓力容器外表面允許水冷卻，防止下封頭熔穿，維持容器的完整性該設(shè)備為核安全1級(jí)，質(zhì)量保證QA-1級(jí)，抗震要求SSE。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：容器材料、焊接、應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)滿足ASME-III

IVB規(guī)范分析計(jì)算按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)地震與四類工況載荷組合下應(yīng)力應(yīng)變規(guī)定限值內(nèi)實(shí)際使用載荷工況和循環(huán)次數(shù)進(jìn)行疲勞分析，累積疲勞損傷系數(shù)應(yīng)不大于1.0應(yīng)考慮熱應(yīng)力棘輪效應(yīng)進(jìn)行最大循環(huán)熱應(yīng)力分析采用彈性斷裂力學(xué)原理評(píng)定和防止脆性斷裂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)保證結(jié)構(gòu)完整性，合理對(duì)中、定位，便于水下吊裝，滿足在役檢查大綱的要求設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)壽命

按電站利用率90%計(jì)算60年設(shè)計(jì)壓力/工作壓力 17.16/15.2MPa水壓試驗(yàn)壓力 21.5MPa設(shè)計(jì)溫度 350℃堆芯段初始無延性轉(zhuǎn)變溫度 RTNDT＜-28.9℃

壽期末無延性轉(zhuǎn)變溫度 RTNDT＜-23.3℃

兩道空心金屬“O”形環(huán)自緊式兩道之間設(shè)有檢漏管引出如果內(nèi)“O”環(huán)失效，給出高溫指示報(bào)警。結(jié)構(gòu)描述反應(yīng)堆壓力容器由頂蓋組件、筒體組件組成。頂蓋通過主螺栓與壓力容器筒身相連接并靠2道“O”金屬形環(huán)來密封。壓力容器結(jié)構(gòu)如圖4.2.9－4.2.10。頂蓋組合件可拆卸的帶法蘭半球形頂蓋由一個(gè)單獨(dú)的鍛件組成，這個(gè)鍛件包括了頂蓋法蘭和頂蓋球冠。頂蓋由低合金鋼鍛件制成，內(nèi)表面堆焊奧氏體不銹鋼。頂蓋法蘭上有45個(gè)均布的螺栓孔。頂蓋上的69個(gè)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)定位在相應(yīng)的開孔處并與頂蓋貫穿件焊接。另外，頂蓋上布置堆芯測(cè)量裝置貫穿件(數(shù)量待定、)。每個(gè)貫穿件都插入一根導(dǎo)向管，并且在相應(yīng)的位置焊接。在接近頂蓋中心處布置了放氣與水位測(cè)量?jī)捎媒庸埽摻庸芊謩e與堆頂放氣系統(tǒng)和堆內(nèi)水位測(cè)量系統(tǒng)連接。在頂蓋外表面，沿球冠區(qū)四周焊有凸臺(tái)，這些凸臺(tái)的作用是支撐和定位一體化堆項(xiàng)結(jié)構(gòu)。圖4.2.9壓力容器示意圖筒體組合件筒體組合件由圓柱形筒身、過渡環(huán)、半球形底封頭以及冷卻劑進(jìn)出口接管組成。圓柱形筒身段包括2個(gè)殼體，筒身上段和筒身下段。筒身上段布置四個(gè)進(jìn)口管、兩個(gè)出口管和兩個(gè)安注管。進(jìn)口管內(nèi)徑630mm，出口管內(nèi)徑890mm。進(jìn)出口管標(biāo)高差為444.5mm，這樣的設(shè)計(jì)允許堆芯在不卸料的情況下進(jìn)行主泵檢修。進(jìn)出口管成45。周向均布。6個(gè)接管段均含有不銹鋼過渡段(安全端)，便于在核電站現(xiàn)場(chǎng)與不銹鋼主管道進(jìn)行同種材料的焊接。上段筒身和下段筒身以及底封頭均由低合金鋼制成，內(nèi)表面堆焊奧氏體不銹鋼。筒身上段與筒身下段焊接，簡(jiǎn)身下段再與過渡環(huán)焊接，過渡環(huán)同時(shí)與半球形底封頭焊接。筒身上段法蘭內(nèi)壁面有一個(gè)環(huán)形凸肩，用以支承下部堆內(nèi)構(gòu)件。一個(gè)壓緊彈性環(huán)放置在下部堆內(nèi)構(gòu)件法蘭的上表面。上部支承板坐落在這個(gè)彈性環(huán)的上表面。壓力容器頂蓋安裝后，彈性環(huán)被壓縮用以限制上部和下部堆芯支承組件的軸向位移。壓力容器內(nèi)壁下部徑向支承系統(tǒng)限制下部堆內(nèi)構(gòu)件的橫向運(yùn)動(dòng)。反應(yīng)堆壓力容器上的鑲塊與吊籃筒體組件下端的定位鍵相配合限制吊籃筒體下端的轉(zhuǎn)動(dòng)和平移，但允許徑向熱膨脹和軸向位移。筒身上段外圓周邊有一個(gè)環(huán)形法蘭。在現(xiàn)場(chǎng)組裝時(shí)，該環(huán)形法蘭與換料水池密封襯里焊接連接。在換料操作時(shí)，這個(gè)環(huán)形法蘭起到換料水池和堆腔之間的水密封作用。在頂蓋法蘭和筒體法蘭之間設(shè)置兩道“0”形環(huán)作為壓力容器的高壓密封。穿過筒身上段的內(nèi)部和外部檢漏管用以檢查通過O形環(huán)的泄漏。

4個(gè)進(jìn)口管上都帶有一個(gè)支承塊。反應(yīng)堆壓力容器靠這些支承塊支承。支承塊座在支承結(jié)構(gòu)頂部的鋼制底板上，支承結(jié)構(gòu)與混凝土基礎(chǔ)相連接。支承塊和底板之間的滑動(dòng)面，允許壓力容器的熱膨脹和收縮。這些板上的側(cè)向擋塊使壓力容器保持在中心位置并承受側(cè)向載荷。反應(yīng)堆壓力容器和堆內(nèi)構(gòu)件性能參數(shù)最優(yōu)評(píng)估堆芯和壓力容器熱工-水力參數(shù)（蒸汽發(fā)生器管子不堵塞）數(shù)值反應(yīng)堆功率（MWt)3400設(shè)計(jì)壽命（年）60反應(yīng)堆壓力容器分級(jí)安全等級(jí)抗震類別法規(guī)AP1000

A級(jí)I類ASME

Ⅲ-1堆內(nèi)構(gòu)件分級(jí)（個(gè)別部件可能不同）安全等級(jí)抗震類別法規(guī)AP1000

C級(jí)I類ASME

Ⅲ，堆芯支承最優(yōu)評(píng)估壓力容器流量[(1b/hr)(kg/hr)]120.4X106(15170kg/sec)最優(yōu)評(píng)估堆芯流量[(1b/hr)(kg/hr)]113.3X106(14276kg/sec)反應(yīng)堆冷卻劑壓力[(psia)(Mpa

abs)]2250(15.517MPa)壓力容器/堆芯進(jìn)口溫度[(oF)(℃)]537.2(280.7℃)壓力容器平均溫度[(oF)(℃)]573.6(300.9℃)壓力容器出口溫度[(oF)(℃)]610.0(321.1℃)堆芯平均出口溫度[(oF)(℃)]614.0(323.3℃)堆芯旁通總流量（總流量的百分比）5.9壽期末壓力容器活性區(qū)段內(nèi)表面影響(n/cm2)(能量≥1.0MeV)[US

NRC批準(zhǔn)影響值為9.8X1019n/cm2]8.9X1019RTNDT(RTPTS)[壽期末壓力容器內(nèi)徑的評(píng)估，NRC批準(zhǔn)的壓力]鍛件66(18.9℃)反應(yīng)堆壓力容器設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)（近似值）設(shè)計(jì)壓力(psig)2485(17.14MPa表壓)設(shè)計(jì)溫度(oF)650(343.3℃)壓力容器和頂蓋總高度，從底封頭的外徑到上封頭的頂部(ft.)40(12.2m)頂蓋主螺栓數(shù)量45頂蓋主螺栓直徑(in.)7(177.8mm)頂蓋法蘭外徑(in.)188(4.78m)筒身內(nèi)徑(in.)159(4.03m)進(jìn)水管嘴的內(nèi)徑(in.)22(0.56m)出水管嘴的內(nèi)徑(in.)31(0.79m)堆芯直接注入管嘴的內(nèi)徑在(in.)6.81(173mm)名義堆焊厚度(in.)0.22(5.59mm)底封頭厚度，最小值(in.)6(152.4mm)壓力容器活性區(qū)厚度，最小值(in.)8.4(213mm)壓力容器冷卻劑堆芯旁通流量，RCS總流量的百分比：出水管泄漏：頂蓋冷卻流量：套管流量：堆腔旁通流量：堆芯屏蔽冷卻流量：總計(jì)：1.01.51.91.00.55.9APl000反應(yīng)堆壓力容器特點(diǎn)：(1)

APl000反應(yīng)堆采用西屋公司三環(huán)路314型的改進(jìn)由于2臺(tái)SG和4臺(tái)RCP的回路設(shè)計(jì)，反應(yīng)堆壓力容器接管改為四個(gè)進(jìn)口(4xΦ560mm)二個(gè)出口(2xΦ787mm)和二個(gè)安注(2xΦ219mm)分別處在三個(gè)橫截面上。直接向壓力容器進(jìn)行安全注入冷、熱管嘴高度差有利于主泵的維護(hù)和運(yùn)行。(2)堆芯采用14英尺寸的燃料組件反應(yīng)堆壓力容器活性段直徑為4.0386m法蘭外徑為Φ4780m，壓力容器高約12.2m(3)壓力容器采用低合金鋼鍛件和板材制造，筒件壁厚203mm，并帶有5.6mm厚的內(nèi)部堆焊層。(4)壓力容器堆芯頂部以下的位置無貫穿接管中子通量測(cè)量從壓力容器頂部引入，容器底部無開孔，有利于防止壓力容器失水和壓力容器熔穿。(5)

AP1000反應(yīng)堆采用一體化堆頂結(jié)構(gòu)壓力容器頂蓋上將起吊環(huán)，CRDM的抗震支承，CRDMS的通風(fēng)冷卻設(shè)施，堆頂通風(fēng)，電氣與儀表控制電纜的支承；堆內(nèi)測(cè)量?jī)x表系統(tǒng)的導(dǎo)管和壓力容器頂部固定螺栓拉伸機(jī)的支座，等多項(xiàng)設(shè)備和部件組合為一體。大大簡(jiǎn)化反應(yīng)堆換料操作程序和時(shí)間。一體化堆頂結(jié)構(gòu)一體化堆頂結(jié)構(gòu)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。在停堆換料期間它通過與反應(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，一體化頂蓋的構(gòu)思減少了安全殼內(nèi)擱置空間。由于一體化堆頂結(jié)構(gòu)使得在冷卻圍筒組合件內(nèi)，控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、棒位探測(cè)器(RPI)和其它設(shè)備的連接和斷開無需以單個(gè)設(shè)備的連接和斷開來實(shí)現(xiàn)。圖5C1-9為IHP簡(jiǎn)圖。一體化堆頂結(jié)構(gòu)由如下的主要部分組成：通風(fēng)罩和冷卻系統(tǒng)提升系統(tǒng)

CRDM抗震支承懸纜托架和電纜支撐結(jié)構(gòu)電纜堆內(nèi)測(cè)量?jī)x表(ICIS)支撐結(jié)構(gòu)有關(guān)一體化堆頂結(jié)構(gòu)的主要設(shè)備簡(jiǎn)要描述：通風(fēng)罩和冷卻系統(tǒng)－冷卻風(fēng)罩是位于壓力容器頂蓋上方圍繞在控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)周圍的碳鋼結(jié)構(gòu)。在核電廠正常運(yùn)行下，冷卻風(fēng)罩為控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)磁軛線圈提供冷卻氣流。棒位探測(cè)器也由此氣流冷卻。風(fēng)罩與位于壓力容器頂蓋上的支承凸臺(tái)螺栓連接。控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、堆內(nèi)測(cè)量?jī)x表的電纜、導(dǎo)管及其支撐和附件沿走線鋪設(shè)到固定在圍筒上的懸纜托架上。安裝有4臺(tái)翼式軸流風(fēng)機(jī)為CRDMs提供冷卻空氣。其中有3臺(tái)經(jīng)常使用，第4臺(tái)作為備件。提升系統(tǒng)－該提升系統(tǒng)由吊具和提升桿組成。吊具將反應(yīng)堆壓力容器頂蓋和一體化堆頂結(jié)構(gòu)作為整體一起提升。吊具與CRDM抗震支承板連接，由與吊車吊鉤和ICIS連接的提升桿、鉤頭體、U型塊和吊桿組成。在停堆期間，ICIS套管吊具用來抽出和插入ICIS傳感器。提升桿位于圍筒內(nèi)，與RVCH吊耳和CRDM抗震支承連接。IHP結(jié)構(gòu)和封頭的載荷路徑為：提升桿，吊具和吊車。CRDM抗震支承－該結(jié)構(gòu)為CRDMs提供抗震約束。此結(jié)構(gòu)位于控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)行程套管頂部。控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)行程套管頂部的銷釘與此支承結(jié)構(gòu)相連接。該支承結(jié)構(gòu)與冷卻圍筒組合件連接，并把地震載荷從機(jī)構(gòu)傳遞到壓力容器頂蓋上。此外，CRDM抗震支承作為提升系統(tǒng)的延伸結(jié)構(gòu)把壓力容器頂蓋的載荷傳遞到提升系統(tǒng)上。堆內(nèi)測(cè)量?jī)x表支撐結(jié)構(gòu)也由此結(jié)構(gòu)支承。懸纜托架和電纜支撐結(jié)構(gòu)－懸纜托架位于控制棒行程套管頂部的上方，用來支撐和輸送控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電力電纜、棒位探測(cè)器電纜和堆內(nèi)測(cè)量?jī)x表電纜。這些電纜位于一體化堆頂結(jié)構(gòu)內(nèi)，在正常情況下不打亂布線，這些電纜連接板上與配合外接電纜進(jìn)行連接。電纜的脫開在連接板處進(jìn)行。電纜－一體化堆頂結(jié)構(gòu)電纜包括控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電力電纜、堆內(nèi)測(cè)量和棒位探測(cè)儀表電纜。這些電纜從連接板處引出，經(jīng)由懸纜托架和冷卻圍筒組合件到達(dá)使用設(shè)備。這些電纜位于一體化堆頂結(jié)構(gòu)內(nèi)通常不會(huì)打亂。每根電纜在冷卻圍筒內(nèi)按長(zhǎng)度定尺并在懸纜托架上規(guī)則排列。當(dāng)換料或其它操作要求移動(dòng)一體化堆頂結(jié)構(gòu)時(shí)，外部電纜在連接板上與位于懸纜托架上的電纜脫開。堆內(nèi)測(cè)量?jī)x表支撐結(jié)構(gòu)(IISS)－堆內(nèi)測(cè)量?jī)x表支撐結(jié)構(gòu)在換料操作時(shí)使用。該支撐結(jié)構(gòu)用來把堆內(nèi)測(cè)量管組件抽出到一體化堆頂結(jié)構(gòu)內(nèi)。該支撐結(jié)構(gòu)保護(hù)和支撐處于完全抽出位置時(shí)的測(cè)量管組件。堆內(nèi)測(cè)量系統(tǒng)由熱電偶和堆芯通量測(cè)量管組成。熱電偶用來測(cè)量燃料組件冷卻劑出口溫度。堆芯測(cè)量管內(nèi)有用來測(cè)量堆芯中子通量分布的固定探測(cè)器。該測(cè)量管組件穿過一體化堆頂結(jié)構(gòu)，并且經(jīng)反應(yīng)堆壓力容器頂蓋和上部堆內(nèi)構(gòu)件插入堆芯。Integrated

Head

Package主要設(shè)計(jì)參數(shù)參數(shù)名稱單位NSSS熱功率MW3415設(shè)計(jì)壽命年60回路數(shù)個(gè)4進(jìn)2出燃料組件數(shù)量個(gè)157設(shè)計(jì)壓力MPa17.16設(shè)計(jì)溫度℃343工作壓力MPa15.2壓力容器進(jìn)口溫度℃279.7壓力容器出口溫度℃322.1堆芯旁流（占總冷卻劑流的百分比）%5.9堆芯活性區(qū)高度mm4267.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)管座數(shù)個(gè)69驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)接管外徑mm101.6堆內(nèi)測(cè)量管座數(shù)個(gè)50堆內(nèi)測(cè)量接管外徑mm33.4壓力容器總高（從底封頭外部底端至頂蓋頂端）mm12200主要設(shè)計(jì)參數(shù)參數(shù)名稱單位頂蓋主螺栓數(shù)個(gè)45頂蓋主螺栓直徑mm160(暫定)頂蓋法蘭外徑mm4780筒身外徑mm4396筒身內(nèi)徑mm3990進(jìn)口管數(shù)量/內(nèi)徑mmΦ558.8出口管數(shù)量/內(nèi)徑mmΦ787.4堆焊層厚度（名義值）mm筒體壁厚mm203下封頭壁厚（最小）mm152.4安注管數(shù)量/內(nèi)徑mm2/Φ219底封頭厚度（最小值）mm140(暫定)壓力容器活性區(qū)厚度（最小值）mm203頂蓋厚度mm165壓力容器總重t380主要材料和焊接材料壓力容器主要承壓部件材料：No部件名稱選用材料1鍛件（筒體、頂蓋、過渡環(huán)、底封頭、進(jìn)出口管、安注管）SA-508Gr.3

C1.12堆焊層奧氏體不銹鋼3控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)貫穿件SB-166

N06690

TT4接管安全端SB-166

N06690

TT5頂蓋螺栓、螺母、墊片SA-540

Gr.B23

C1.3或Gr.B24

C1.3非承壓部件No部件名稱選用材料1通風(fēng)罩支承16MnR2導(dǎo)向栓碳鋼3螺栓伸長(zhǎng)測(cè)量桿碳鋼4“O”形密封環(huán)Inconel

718鍍銀5堆芯支承塊鑲塊Inconel

6006鑲塊螺釘，銷釘GH-1457驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和溫測(cè)管系罩304L8螺孔塞操作工具0Cr19Ni9■材料

■母材SA-508

Grade3

Class1

■輻射脆化■活性區(qū)壽期末中子通量(E＞1.0MeV)為9E19n/cm2■

RTNDT（Reference

nil

ductility

temperature):低于-12.2℃/-23.3℃

■不銹鋼堆焊層308L（309L打底）

■

NI-Cr-Fe合金690材料中有害元素控制量溶敷焊接金屬母材銅-0.06%-0.06%磷-0.01%-0.01%釩-0.05%-0.05%硫-0.01%-0.01%鎳-0.85%-0.85%初步分析AP1000

RPV鍛件規(guī)格零件材料零件重量(t)毛坯尺寸(mm)毛坯重量(t)鋼錠重量(t)上封頭A508-358.188Φ4980/R1795X2240255400接管段（上筒體段）A508-3122.91Φ4900/Φ3830X3740(t=535)280470下筒體段A508-398.794Φ4545/Φ3830X5300(t=357.5)210350過渡段A508-316.891Φ4530/Φ3410X1300(t=500)73135下封頭A508-317.983Φ5200X255(板坯)4586■無損檢驗(yàn)要求鍛件與棒材

■所有作為一回路壓力邊界材料的鍛件和棒材都必須遵照ASME第三卷NB-2540規(guī)定的要求進(jìn)行檢查；

■采用超聲波角探頭掃查時(shí)，對(duì)于任何等于或大于參考水平（DAC）20%的顯示都必須記錄，并確定其性質(zhì)；

■對(duì)于超聲波檢驗(yàn)，其記錄準(zhǔn)則和接受標(biāo)準(zhǔn)都必須遵照ASME第三卷NB分卷NB-2542.2節(jié)的要求，除非所有的顯示都在近表面位置，或者所顯示的裂紋將導(dǎo)致鍛件與棒材的拒收和返修。4.4反應(yīng)性控制及控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)功能：控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制組件在反應(yīng)堆正常運(yùn)行時(shí)，升降運(yùn)動(dòng)和保持一定位置，實(shí)施反應(yīng)堆啟動(dòng)、運(yùn)行和正常停堆。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)殼體作為反應(yīng)堆壓力邊界一部分，限制冷卻劑釋放到安全殼在事故工況，自動(dòng)釋放控制棒，快速下插，實(shí)施反應(yīng)堆緊急停堆該設(shè)備除密封殼部件為安全1級(jí)外，其余為核3級(jí)。質(zhì)保要求QA-1級(jí)，抗震類別為SSE。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：機(jī)械設(shè)計(jì)準(zhǔn)則密封殼部件應(yīng)按ASME

Ⅲ，NB，NG規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。經(jīng)應(yīng)力分析保證壓力邊界完整性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)材料、焊接應(yīng)滿足ASME，ASTM標(biāo)準(zhǔn)并能承受冷卻劑腐蝕、輻照等方面要求驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用可靠的可拆連接，密封殼中部拆裝方便驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)部件應(yīng)考慮落棒流通暢通，保證驅(qū)動(dòng)線允許落棒時(shí)間限值驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)部件應(yīng)具有可互換性電氣設(shè)計(jì)準(zhǔn)則電氣絕緣材料應(yīng)耐高溫，耐水汽和輻照，符合國(guó)際1E級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電氣部件在正常工況應(yīng)具有密封性能電氣部件最高工作溫度應(yīng)低于絕緣材料許用溫度設(shè)計(jì)技術(shù)要求控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的組件，應(yīng)能在反應(yīng)堆壓力及溫度運(yùn)行環(huán)境下，保持性能特性及結(jié)構(gòu)的完整性控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的組件設(shè)計(jì)在正常工況，中等頻率，稀少和極限事故下仍能履行安全相關(guān)功能，包括安全停堆地震控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的組件，在假象反應(yīng)堆事故（例如彈棒）壓力邊界受損情況下不會(huì)導(dǎo)致燃料的破損控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)下端設(shè)計(jì)成為反應(yīng)堆打開時(shí)允許用長(zhǎng)柄工具遠(yuǎn)距離連接和脫開控制棒組件控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)性能參數(shù)設(shè)計(jì)壽命： 60年設(shè)計(jì)步數(shù)（鉤爪部件） 6X106步（承壓殼體） 18X106步步躍英寸 0.625±0.015(15.9±0.38mm)步進(jìn)速度－上升下降最大速度英寸/分 45(114.3cm/min)步進(jìn)行程冷態(tài) 166.75(423.5cm)驅(qū)動(dòng)線重量－包括控制棒磅 400(181.4kg)保持時(shí)間

不確定釋樣延時(shí)毫秒

＜150落棒時(shí)間(至緩沖器頂) 2.47秒設(shè)計(jì)溫度 650oF(343.3℃)設(shè)計(jì)壓力Psia 2500(17.24MPa)額定提升負(fù)荷 168kg速率

每分鐘72步機(jī)構(gòu)全長(zhǎng) 755cm（除驅(qū)動(dòng)軸）快速落棒次數(shù) 500次累計(jì)步數(shù) 6X106次承壓殼設(shè)計(jì)壽命 60年機(jī)構(gòu)質(zhì)量 650kg結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由承壓殼部件、鉤爪部件、驅(qū)動(dòng)軸部件、磁軛線圈部件和棒位指示線圈部件組成。結(jié)構(gòu)詳見圖4.4.1。承壓殼部件承壓殼部件由鉤爪殼組件和棒行程套管組件兩部分組成，鉤爪殼體與壓力容器頂蓋管座焊成一體是反應(yīng)堆壓力邊界的一部分，其內(nèi)有一回路冷卻劑，同時(shí)承壓殼部件為鉤爪部件，磁軛線圈部位和棒位指示線圈提供支承。承壓殼體部件上部為棒行程套管組件，它為驅(qū)動(dòng)軸向上運(yùn)動(dòng)提供了行程空間，并通過與一體化堆頂結(jié)構(gòu)相連接，為控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供抗震支承。棒行程套管組件頂上不設(shè)排氣閥。承壓殼體部件下部為鉤爪殼體組件，鉤爪部件包容在殼體內(nèi)，殼體部件的上端通過螺紋和“Ω”密封焊與棒行程套管組件連接。下端則與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)杯座全焊透對(duì)接焊接成驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)杯座貫穿件，該貫穿件通過冷裝配在壓力容器頂蓋上，最終在壓力容器頂蓋內(nèi)壁J坡口堆焊及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)管座進(jìn)行密封焊接。控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖鉤爪部件鉤爪部件主要由套管軸、提升磁極國(guó)、固定磁極和傳遞銜鐵及上、下兩副鉤爪組件（傳遞鉤爪和固定鉤爪組件）組成。每組鉤爪組件有三個(gè)鉤爪與驅(qū)動(dòng)軸上的環(huán)形槽嚙合，利用通電電磁吸合使鉤爪收攏在環(huán)形軸溝槽中，當(dāng)電磁鐵斷電時(shí)，鉤爪張開與環(huán)形軸溝槽脫開。電磁吸、放由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)棒控系統(tǒng)動(dòng)作程序?qū)﹄姶盆F的吸、放發(fā)出動(dòng)作時(shí)間信號(hào)，通過提升磁極帶動(dòng)鉤爪組件作上升或下降步躍運(yùn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)軸的提升或下插。鉤爪組件驅(qū)動(dòng)軸部件：驅(qū)動(dòng)軸部件主要由內(nèi)孔的驅(qū)動(dòng)軸和可拆卸式芯桿組件組成。驅(qū)動(dòng)軸外徑上設(shè)置有環(huán)形槽，與鉤爪部件的鉤爪嚙合。可拆卸芯桿組件由可拆卸芯桿、鎖緊扣、芯桿彈簧，彈性卡環(huán)和撓性接頭組成。驅(qū)動(dòng)軸下端的撓性接頭與控制棒組件的連接柄連接。芯桿組件底部有一個(gè)定位螺母，由芯桿彈簧將鎖緊螺母固定在撓性接頭上，使撓性接頭與控制棒連成一體。芯桿組件頂部旋在拆卸扣內(nèi)，拆卸口穿出驅(qū)動(dòng)桿外，有一個(gè)彈性卡環(huán)將它扣準(zhǔn)，將彈性卡環(huán)擴(kuò)脹使拆卸口和芯桿向上運(yùn)動(dòng)，定位螺母帶動(dòng)鎖緊扣向上運(yùn)動(dòng)，使撓性接頭兩半片收縮，從而使驅(qū)動(dòng)軸與控制棒連接柄脫開。控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)桿磁軛線圈部件：磁軛線圈部件由六個(gè)線圈殼包容三個(gè)線圈組成。底部?jī)蓚€(gè)殼包容固定鉤爪線圈，由二個(gè)拉緊螺桿和4個(gè)螺母和墊圈連成一體。中間兩個(gè)殼包容可移動(dòng)鉤爪線圈。上部?jī)蓚€(gè)裝有提升線圈；殼體間由一對(duì)長(zhǎng)拉緊桿連接二個(gè)螺母配4個(gè)防松墊圈；2個(gè)吊環(huán)螺母用于吊裝線圈部件。線圈殼頂部為引線管，6根線圈的引出線從頂部引出接入接線盒。每機(jī)引線與接頭夾有外套管保護(hù)絕緣可靠。線圈部件耐高溫260℃，依靠堆頂通風(fēng)冷卻。棒位指示線圈部件棒位指示線圈由許多環(huán)形小線圈組成，繞制在不銹鋼管環(huán)上，鋼環(huán)套在棒行程殼體外，線圈的次級(jí)輸出可以不能驅(qū)動(dòng)軸部件在位置線圈中的位置。當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸通過各線圈時(shí)，感應(yīng)可顯示出CRDM步躍計(jì)數(shù)。導(dǎo)磁性驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)出線圈改變線圈的輸出電壓，便可指示驅(qū)動(dòng)軸的高度位置。工作原理：1.提升控制棒程序（1）提升線圈C通電，提升磁極吸起提升銜鐵，傳遞爪銜鐵與傳遞鉤爪的相對(duì)位置不變，控制棒被提升－步距15.9mm。（2）保持線圈A通電，固定磁極吸起保持銜鐵，使保持鉤爪轉(zhuǎn)入驅(qū)動(dòng)桿環(huán)槽中與齒面貼合后再把驅(qū)動(dòng)桿上臺(tái)1mm，載荷由傳遞鉤爪轉(zhuǎn)移到保持鉤爪。（3）傳遞線圈B斷電，傳遞爪銜鐵下降，傳遞鉤爪轉(zhuǎn)出環(huán)形槽，保持鉤爪承載。（4）線圈C斷電，提升銜鐵下降，傳遞鉤爪下降15.9mm，到驅(qū)動(dòng)桿下一個(gè)環(huán)形槽的位置，保持鉤爪承載。（5）線圈B通電，傳遞爪銜鐵上升，傳遞鉤爪轉(zhuǎn)入驅(qū)動(dòng)桿環(huán)形槽中，上、下兩齒面間各有1mm軸向間隙，保持鉤爪承載。（6）線圈A斷電，保持銜鐵下降，保持鉤爪轉(zhuǎn)出驅(qū)動(dòng)桿的環(huán)形槽；載荷下降1mm落在傳遞鉤爪上。重復(fù)上述六步程序，控制棒隨著步進(jìn)提升。2.下降控制棒程序（1）線圈A通電，保持鉤爪轉(zhuǎn)入驅(qū)動(dòng)桿環(huán)形槽中與齒面貼合再使驅(qū)動(dòng)桿上臺(tái)1mm，載荷由傳遞鉤爪轉(zhuǎn)移到保持鉤爪上。（2）線圈B斷電，傳遞鉤爪轉(zhuǎn)出動(dòng)桿環(huán)形槽。（3）線圈C通電，傳遞鉤爪空載上升15.9mm到驅(qū)動(dòng)桿上一個(gè)環(huán)形槽的位置。（4）線圈B斷電，傳遞鉤爪轉(zhuǎn)入驅(qū)動(dòng)桿環(huán)形槽中，上下兩齒面間各有1mm軸向間隙，保持鉤爪承載。（5）線圈A斷電，保持鉤爪轉(zhuǎn)出驅(qū)動(dòng)桿環(huán)形槽，載荷下降1mm落在傳遞鉤爪上。（6）線圈C斷電，傳遞鉤爪帶著控制棒下降一個(gè)步距15.9mm。重復(fù)上述程序，控制棒隨著步進(jìn)下降。3.控制棒保持或快速下插核電廠正常運(yùn)行期間，控制棒從堆芯提升到某一高度這時(shí)只要保持線圈通電，保持鉤爪承載，控制棒可保持不動(dòng)。當(dāng)核電廠發(fā)生事故需要緊急停堆時(shí)，只需要同時(shí)切斷三個(gè)工作線圈的電源，兩套鉤爪都轉(zhuǎn)出環(huán)形桿槽，控制棒靠重力和彈簧力快速插入堆芯