中国实验快堆工程

中国实验快堆反应堆容器超压保护系统

前言

快堆是快中子增殖堆的简称。快中子反应堆研究起步很早，1946年美国第一座快中子反应堆Clementine达到临界，1951年12月美国又建成了世界第一座生产电力的核电站EBR—1，它验证了快中子反应堆增殖的概念，让人们看到了了核能能够作为长期、可靠的新能源的美好前景。1963年和1980年美国又分别建成了功率较大的EBR—2和FFTF快中子试验反应堆。法国的凤凰（PHENIX）原型堆和超凤凰（SUPERPHENIX）示范堆分别于1973年1983年达到了临界，俄罗斯的BN—600原型快中子反应堆于1980年达到了临界，英国和日本也先后建成了原型快中子反应堆PFR和MONJU。现在世界已经建成的或计划的约40座快中子反应堆，目前正向着商用快中子反应堆迈进。

中国实验快堆是我国第一座快堆，其热功率为65MW，电功率20MW采用钠-钠-水三回路设计，一回路为一体化池式结构；堆芯入口温度360℃，出口温度530℃，蒸汽温度480℃，压力14MPa；事故余热排出系统采用直接冷却主容器内钠的非能动系统；中国实验快堆于1992年3月获国务院批准立项，2000年5月开工建设。2011年7月21日10点成功实现并网发电。

中国实验快堆（CEFR）是快中子增殖堆的简称，是第4代核能系统的优选堆型，快堆可将天然铀资源的利用率从压水堆的1%提高到60-70%，可充分有效利用我国铀资源，对我国核电持续稳定发展具有重大战略意义。快堆还可以嬗变压水堆产生的长寿命废弃物，使得核能对环境更加友好。我国第一个由快中子引起核裂变反应的中国实验快堆，21日10时成功实现并网发电。标志着国家“863计划”重大项目目标的全面实现，列入国家中长期科技发展规划前沿技术的快堆技术取得重大突破。这也标志着我国在占领核能技术制高点，建立可持续发展的先进核能系统上跨出了重要的一步。

在此报告中主要讲述实验快堆反应堆容器超压保护系统

实验快堆反应堆容器超压保护系统

一，功能

反应堆容器超压保护系统（C05）保护中国实验快堆反应堆主容器和

保护容器，避免其中的气体超压，防止其压力边界受到可能的破坏。

提供足够的气腔空间，以补偿反应堆在各个过渡工况时主容器内保

护气体（氩气）的热膨胀。

安全功能：根据CEFRZ06ZTS02《中国实验快堆构筑物、系统及部件

的安全分级》的规定，反应堆容器超压保护系统属于和安全二级。

在反应堆主容器和保护容器超压时，通过液封器将多余的氩气排放

入专用通风系统，从而避免主容器和保护容器超压。在反应堆主容

器和保护容器出现压力小于外界大气压，即负压时，能通过液封器

使空气倒入反应堆主容器和保护容器，以确保他们的安全。在反应

堆正常运行时，通过补偿容器提供的气体空间，自我调节因为温度

和换料时液位变化引起的反应堆主容器内氩气压力的变化。该系统

设备和管道设计时，满足ASME规范的相应要求。并按照抗震I类的

要求进行抗震分析。

二，设计综述

1，设计准则和安全准则

功能准则

（1）能动部件多重性：本系统是重要的安全系统，设置了非

能动型的保护装置，系统的主管道上没有设置任何能动

部件。

（2）应急电源多重性：本系统的旁路管道上与302房间相连

管道上的电动阀门接应急电源，保证主容器内一回路纳

净化系统管道破裂发生虹吸破坏时，阀门可以正常开启，

将主容器内超压的气体迅速排入302房间，以缓解事故

过程。

环境和安装

（1）多重设置隔离：本系统的设备和管道安装在专用的工艺

间内，使之与外界隔离。本容器液封器和保护容器液封

器通过内装的有机硅油，使系统内气体与周围介质隔离，

以防止放射性氩气外泄。液封器动作排出的氩气进入专

用通风系统。

（2）本系统预防的外部侵害：运行基准地震（OBE）和安全停堆地震（SSE）

（3）对其他系统的危害：氩气泄漏、旁路上阀门泄漏、硅油泄漏

2，设备设计

概述

反应堆容器超压保护系统中的主要非标设备是保护容器液封

器C05A、补偿容器C05B、堆容器液封器C05C、充填箱C05D、接收小车C05E

保护容器液封器

保护容器液封器为核安全三级，抗震I类，规范ND等级。

立式容器，支座型式为耳式支座，容器总高为5790mm，直径

从325mm到520mm。容积为0.5立方米，受压筒体壁厚分别为

7.5mm和10mm，主体材料为304.内部设有液位计装置。

液封器的工作原理相当于U形管水封，用有机硅油隔绝了主容器和保护容器内氩气和外界的空气，在主容器和保护

容器内超压时，可以通过它将多余的氩气排放；主容器和保

护容器内负压时，可以使空气倒灌入主容器和保护容器。

补偿容器

补偿容器液封器为核安全二级，抗震I类，规范NC等级。

立式容器，支座型式为耳式支座，容器总高为5400mm，直径为

3000mm。容积为32.5立方米，受压筒体壁厚为14mm，主题材

料为304。容器内部设有热电偶和漏纳探头。

补偿容器的作用是形成气体容积，自我调节反应堆在各种工况下的主容器保护气体的热膨胀。在反应堆从换料工况向额定工

况过渡时，主容器内气体压力升高，气体总质量不改变，纳的

体积增加，从而使主容器内的气体压力升高，补偿容器提供对

主容器覆盖气体的自补偿。

可以保证反应堆正常运行时，进入堆容器液封器的氩气保持

恒定温度。

堆容器液封器

堆容器液封器为核安全二级，抗震I类，规范NC等级。立式

容器，支座型式为耳式支座，容器总高为7740mm，直径从325mm

到520mm。容积为0.7立方米，受压筒体壁厚分别为7.5mm和 10mm，主体材料为304.内部设有液位计装置。

充填箱

充填箱为核安全四级，规范采用JB\t4735-97，为常压立式容器，

设备坐在支撑平台上，容器总高为1000mm，直径为610mm，容积

为0.25立方米，筒体壁厚为5mm，主体材料为0Cr18Ni9。

接收小车

接收小车为核安全4级，规范采用JB\t4735-97,为常压立式容器加运

载小车一台，容器总高为1000mm，直径为610mm，容积为0.25

立方米，筒体壁厚为5mm，主体材料为0Cr18Ni9，使用时与运载

小车

一起工作。

3，材料选择和构造

先讲一下燃料组件的功能

燃料组件是反应堆中不可缺少的重要部件，在燃料组件区（活性

区）产生链式反应，并依靠控制棒组件实现自持裂变反应。快中

子增殖反应堆的大部分功率是在燃料组件内产生的。一座典型的

均匀的LMFBR，85%—95%的功率是来自燃料区，月36%的功率产

生最喜爱燃料元件内的轴向转换区。约38%的功率产生在径向转