AP1000先進(jìn)非能動核電技術(shù)介紹
來源:中國核電信息網(wǎng) 發(fā)布日期:2009-02-16
AP1000 是由美國西屋公司開發(fā)的先進(jìn)的非能動的壓水堆(Advanced Passive PWR) 。
2002年3月,美國核管會已經(jīng)完成AP1000設(shè)計(jì)的預(yù)認(rèn)證審查(Pre-certification Review),AP600有關(guān)的試驗(yàn)和分析程序可以用于AP1000設(shè)計(jì)。2004年12月獲得了美國核管會授予的最終設(shè)計(jì)批準(zhǔn)。
AP1000為單堆布置兩環(huán)路機(jī)組,電功率1250MWe,設(shè)計(jì)壽命60年,主要安全系統(tǒng)采用非能動設(shè)計(jì),布置在安全殼內(nèi),安全殼為雙層結(jié)構(gòu),外層為預(yù)應(yīng)力混凝土,內(nèi)層為鋼板結(jié)構(gòu)。AP1000主要的設(shè)計(jì)特點(diǎn)包括:
(1)主回路系統(tǒng)和設(shè)備設(shè)計(jì)采用成熟電站設(shè)計(jì)
AP1000堆芯采用西屋的加長型堆芯設(shè)計(jì),這種堆芯設(shè)計(jì)已在比利時(shí)的Doel 4號機(jī)組、Tihange 3號機(jī)組等得到應(yīng)用;燃料組件采用可靠性高的Performance+;采用增大的蒸汽發(fā)生器(D125型),和正在運(yùn)行的西屋大型蒸汽發(fā)生器相似;穩(wěn)壓器容積有所增大;主泵采用成熟的屏蔽式電動泵;主管道簡化設(shè)計(jì),減少焊縫和支撐;壓力容器與西屋標(biāo)準(zhǔn)的三環(huán)路壓力容器相似,取消了堆芯區(qū)的環(huán)焊縫,堆芯測量儀表布置在上封頭,可在線測量。
(2)簡化的非能動設(shè)計(jì)提高安全性和經(jīng)濟(jì)性
AP1000主要安全系統(tǒng),如余熱排出系統(tǒng)、安注系統(tǒng)、安全殼冷卻系統(tǒng)等,均采用非能動設(shè)計(jì),系統(tǒng)簡單,不依賴交流電源,無需能動設(shè)備即可長期保持核電站安全,非能動式冷卻顯著提高安全殼的可靠性。安全裕度大。針對嚴(yán)重事故的設(shè)計(jì)可將損壞的堆芯保持在壓力容器內(nèi),避免放射性釋放。
在AP1000設(shè)計(jì)中,運(yùn)用PRA分析找出設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)并加以改進(jìn),提高安全水平。AP1000考慮內(nèi)部事件的堆芯熔化概率和放射性釋放概率分別為5.1×10-7/堆年和5.9×10-8/堆年,遠(yuǎn)小于第二代的1×10-5/堆年和1×10-6/堆年的水平。
簡化非能動設(shè)計(jì)大幅度減少了安全系統(tǒng)的設(shè)備和部件,與正在運(yùn)行的電站設(shè)備相比,閥門、泵、安全級管道、電纜、抗震廠房容積分別減少了約50%,35%,80%,70%和45%。同時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),便于采購、運(yùn)行、維護(hù),提高經(jīng)濟(jì)性。西屋公司以AP600的經(jīng)濟(jì)分析為基礎(chǔ),對AP1000作的經(jīng)濟(jì)分析表明,AP1000的發(fā)電成本小于3.6美分/kWh,具備和天然氣發(fā)電競爭的能力。
?。?)嚴(yán)重事故預(yù)防與緩解措施
AP1000設(shè)計(jì)中考慮了以下幾類嚴(yán)重事故:
堆芯和混凝土相互反應(yīng);高壓熔堆;氫氣燃燒和爆炸;蒸汽爆炸;安全殼超壓;安全殼旁路。
為防止堆芯熔融物熔穿壓力容器和混凝土底板發(fā)生反應(yīng),AP1000采用了將堆芯熔融物保持在壓力容器內(nèi)設(shè)計(jì)(IVR)。在發(fā)生堆芯熔化事故后,將水注入到壓力容器外璧和其保溫層之間,可靠地冷卻掉到壓力容器下封頭的堆芯熔融物。在AP600設(shè)計(jì)時(shí)已進(jìn)行過IVR的試驗(yàn)和分析,并通過核管會的審查。對于AP1000,這些試驗(yàn)和分析結(jié)果仍然適用,但需作一些附加試驗(yàn)。由于采用了IVR技術(shù),可以保證壓力容器不被熔穿,從而避免了堆芯熔融物和混凝土底板發(fā)生反應(yīng)。
針對高壓熔堆事故,AP1000主回路設(shè)置了4列可控的自動卸壓系統(tǒng)(ADS),其中3列卸壓管線通向安全殼內(nèi)換料水儲存箱,1列卸壓管線通向安全殼大氣。通過冗余多樣的卸壓措施,能可靠地降低一回路壓力,從而避免發(fā)生高壓熔堆事故。
針對氫氣燃燒和爆炸的危險(xiǎn),AP1000在設(shè)計(jì)中使氫氣從反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)逸出的通道遠(yuǎn)離安全殼壁,避免氫氣火焰對安全殼璧的威脅。同時(shí)在環(huán)安全殼內(nèi)部布置冗余、多樣的氫點(diǎn)火器和非能動自動催化氫復(fù)合器,消除氫氣,降低氫氣燃燒和爆炸對安全殼的危險(xiǎn)。
對于蒸汽爆炸事故,由于AP1000設(shè)置冗余多樣的自動卸壓系統(tǒng),避免了高壓蒸汽爆炸發(fā)生。而在低壓工況下,由于IVR技術(shù)的應(yīng)用,堆芯熔融物沒有和水直接接觸,避免了低壓蒸汽爆炸發(fā)生。
對于由于喪失安全殼熱量排出引起的安全殼超壓事故,AP1000非能動安全殼冷卻系統(tǒng)的兩路取水管線的排水閥在失去電源和控制時(shí)處于故障安全位置,同時(shí)設(shè)置一路管線從消防水源取水,確保冷卻的可靠性。事故后長期階段僅靠空氣冷卻就足以帶出安全殼內(nèi)的熱量,有效防止安全殼超壓。由于采用了IVR技術(shù),不會發(fā)生堆芯熔融物和混凝土底板的反應(yīng),避免了產(chǎn)生非凝結(jié)氣體引起的安全殼超壓事故。
針對安全殼旁路事故,AP1000通過改進(jìn)安全殼隔離系統(tǒng)設(shè)計(jì)、減少安全殼外LOCA發(fā)生等措施來減少事故的發(fā)生。
?。?)儀控系統(tǒng)和主控室設(shè)計(jì)
AP1000儀控系統(tǒng)采用成熟的數(shù)字化技術(shù)設(shè)計(jì),通過多樣化的安全級、非安全級儀控系統(tǒng)和信息提供、操作避免發(fā)生共模失效。主控室采用布置緊湊的計(jì)算機(jī)工作站控制技術(shù),人機(jī)接口設(shè)計(jì)充分考慮了運(yùn)行電站的經(jīng)驗(yàn)反饋。
?。?)建造中大量采用模塊化建造技術(shù)
AP1000在建造中大量采用模塊化建造技術(shù)。模塊建造是電站詳細(xì)設(shè)計(jì)的一部分,整個電站共分4種模塊類型,其中結(jié)構(gòu)模塊122個,管道模塊154個,機(jī)械設(shè)備模塊55個,電氣設(shè)備模塊11個。模塊化建造技術(shù)使建造活動處于容易控制的環(huán)境中,在制作車間即可進(jìn)行檢查,經(jīng)驗(yàn)反饋和吸取教訓(xùn)更加容易,保證建造質(zhì)量。平行進(jìn)行的各個模塊建造大量減少了現(xiàn)場的人員和施工活動。
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