AP1000的非能动安全系统

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AP1000的非能动安全系统

【英国《核未来》2005年第5/6期报道】 1999年12月美国核管会（NRC ）向AP600颁发了设计证书，它是惟一获得西方和亚洲国家许可的采用非能动安全技术的核反应堆设计。2004年9月AP1000获得最终设计批准书，预期将在2005年12月拿到设计证书时完全获得许可。

AP600能够满足美国电力部门的要求，包括成本目标，但是西屋公司（Westinghouse ）承认AP600的估计成本为4.1～4.6美分/kWh ，无法在美国市场上竞争，因此公司开始研发AP1000。该设计将规模经济应用于非能动安全机组上，将成本降至大约3.0～3.5美分/kWh ，从而使AP1000成为未来核复兴的一种理想选择。英国能源公司（BE ）和英国核燃料公司（BNFL ）最近的一项合作研究已将AP1000反应堆评定为在英国新建核电厂的可选方案。

简洁性是AP 系列的关键技术概念，使其成为建设、运行和维护更容易且成本比较低廉的系列设计。设备最少化的简约设计有助于降低造价，并限制运行与维护成本。AP600极为简约的设计符合NRC 的全部要求，并符合美国电力研究所（EPRI ）的先进轻水堆电力公司要求。一次高水平的审查已证明，该设计广泛符合欧洲电力公司的用户要求文件。

AP1000在AP600的设计基础上进行了最少数量的改进，从而使AP1000的功率大幅提升。AP1000电厂占地面积及辅助系统与AP600一模一样。AP1000设计继续采用经过验证的成熟部件，保留了AP600的固有安全性和简洁性。

非能动机组设计

非能动系统只利用自然力，例如重力、自然循环和压缩气体等我们每天所依赖的简单物理学原理，不需要泵、风机、柴油机、冷却器或者其他旋转机械设备，从而也不需要安全交流电源。当一些简单的阀门自动开启后，它们将非能动安全系统连成一体。这些阀门在自动启动失败后还可以由电厂操纵员来手工启动。在大多数情况下，这些阀门都具有“失效保护”。它们需要能量来维持在正常的关闭位置，一旦失去能量它们将被打开，以进行安全调整。

非能动系统和成熟部件的采用简化了总体电厂系统和设备及其运行和维护工作。就设计基准事故而言，在72个小时内无需操作员干预或提供交流电源的情况下，非能动系统能够保持堆芯冷却并维持安全壳的完整性。非能动安全系统也符合NRC 的单一故障准则，其高可靠性已经得到了概率风险评价（PRA ）的证明。

这些非能动安全系统比一般压水堆的安全系统简单得多。它们包含的部件大幅减少，从而减少了必需的测试、检查和维护。非能动安全系统的遥控阀数量只及一般能动安全系统的1/3，而且无需安全泵。同样重要的是，非能动安全系统不需要对电厂、堆芯、反应堆冷却剂系统（RCS ）或安全壳的其他设计做太大的变动。而且，非能动安全系统不需要一般核电厂能动安全系统所需的大型支持网络，包括交流电源，供暖、

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通风空调系统（HV AC ）和冷却水，也不需要抗震厂房来容纳这些装置。

主要设备的说明

AP600和AP1000基于经过测试的成熟技术。反应堆冷却剂系统由两个传热环路组成，每个环路各有一台蒸汽发生器、两台反应堆冷却剂泵、一节热段管和两节冷段管供冷却剂在反应堆和蒸汽发生器之间循环。该系统还包含一台稳压器，若干互连管道以及运行控制和启动保护装置所必需的阀门和测量仪表设备。图1显示了反应堆冷却剂系统的布局。

核蒸汽供应系统设备位于反应堆安全壳内，所有安全设备都位于安全壳或辅助厂房内。AP600和AP1000的主要部件都在现役反应堆中按照相似的流量、温度和压力工况进行过验证。 反应堆设计

AP600和AP1000的堆芯、反应堆容器和内部构件实质上与传统西屋压水堆的部件相同。两种设计的反应堆容器和标准西屋三回路机组一样，喷嘴经过调整，适用于AP600/AP1000的双回路。内部构件也是标准型的，只作了少量的改进。

两种机组都使用标准的17×17燃料组件。AP600的堆芯拥有145根组件，功率密度较低，而AP1000的堆芯拥有157根组件，功率密度较高。与AP600长3.66 m 的堆

芯相比，AP1000的堆芯长度达4.27 m 。就失流事故而言，AP600和AP1000都拥有超过15%的偏离泡核沸腾（DNB ）裕度。

两种机组都使用了被称为“灰棒”的控制棒，可以在不需要每天改变可溶解硼浓度的情况下，实现日常负荷跟踪。使用了灰棒以后，无需每天都处理一次冷却剂，并可极大地简化硼处理系统的设计和运行。除中子吸收材料之外，灰棒组件和标准控制棒组件相同。灰棒和燃料组件都基于现有的西屋压水堆技术。 蒸汽发生器

AP600采用的是两台Δ-75型蒸汽发生器，而AP1000采用了两台Δ-125型蒸汽发

图1 反应堆冷却剂系统

热段管 冷段管 反应堆容器

稳压器

蒸汽发生器

反应堆冷却剂泵波动管路安全注射喷嘴

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图2 非能动堆芯冷却系统

生器，这两种型号的蒸汽发生器都基于标准的西屋F 型技术。 反应堆冷却剂泵

两种设计都使用密封式电机泵来驱动主反应堆冷却剂在反应堆堆芯、管道和蒸汽发生器内循环，两台泵被直接安装在每台蒸汽发生器的下封头上。几十年来，这种泵一直十分可靠地用作舰艇用反应堆的冷却剂泵。用密封式电机泵代替通常的轴封泵促成了许多简化设计，支持密封式电机泵的辅助流体系统比轴封式泵简单得多。密封泵的使用也消除了由于失去密封冷却而导致密封失水事故的可能。将泵吸管并入蒸汽发生器底部的下封头可杜绝冷却剂环路管道出现U 形跨越管段，减少环路压降，简化蒸汽发生器、泵和管道的底座及支撑系统，并消除在小规模失水事故中暴露堆芯的可能。 稳压器

AP600的稳压器设计实质上是世界各地大约70座在役电厂所采用的西屋设计。AP1000的稳压器的体积为59.9 m 3。

AP600和AP1000的稳压器加热器相同，类似于在役西屋压水堆采用的加热器。它们采用立式安装，向上穿过稳压器外壳下封头上的穿孔。

非能动安全系统

非能动堆芯冷却系统

图2所示的非能动堆芯冷却系统（PXS ）可在发生反应堆冷却剂系统泄漏及在各个