AP1000安全壳系统
AP1000非能动安全系统
AP1000非能动安全系统AP1000 设计的革命性变化在设计理念上，这就是采用非能动方式简化安全系统。
核电站安全系统有能动安全和非能动安全之分，其区别在于这些系统的安全功能的实现是否依赖外界的电能或动力以及人员的操作。
当前运行中核电站的安全系统大都是能动的。
非能动安全概念是20世纪80年代提出的一种旨在提高核电站安全性和可靠性的新概念。
非能动安全系统安全功能依靠状态的变化、储能的释放或自主的动作来实现，如利用流体被加热或蒸发、冷却或冷凝而产生的密度差形成驱动压头或位差形成的重力压头，无需任何外部动力，在事故工况下，实现应急堆芯冷却和安全壳喷淋，导出堆芯和安全壳内的热量，确保安全壳的完整性。
在保留现有核电站的主要工艺技术的基础上，非能动安全概念的引入，使核电站安全系统的设计发生了根本的变化。
这种非能动安全系统不仅简化了专设安全设施，而且可以减少人员干预而可能产生的误动作，改善了人机关系，提高了核电站的安全性。
这一设计理念的更新，还使核电厂成本显着下降。
正是基于这种设计理念，西屋公司推出AP600和AP1000类型电厂。
一、非能动堆芯冷却系统AP1000非能动堆芯冷却系统包括非能动余热去除系统和安全注入系统。
与传统压水堆应急堆芯冷却系统相比，AP1000非能动堆芯冷却系统除了具有安全注射和应急硼化的功能外，还具有堆芯应急衰变热导出和安全壳pH 值控制的功能，替代了传统压水堆辅助（应急）给水系统和安全壳喷淋系统的部分功能。
在反应堆冷却剂系统中，引入一个非能动热交换器。
当冷却剂泵失效时，水流自然循环到该热交换器，后者将热量载带到安全壳内的换料水箱（IRWST）。
传热过程无需动力。
当IRWST达到饱和时，向安全壳大气蒸发，非能动安全壳冷却系统动作，冷凝水沿壳壁流回环料水池，可以实现长时间的堆芯冷却。
安全注入系统由两台堆芯补给水箱（CMT）、两台安全注射箱和IRWST 组成，连接于反应堆冷却剂环路并充满硼水，注射依靠重力和气体储能的释放。
AP1000核电站安全壳内氢气控制
AP1000核电站安全壳内氢气控制AP1000核电站作为第三代反应堆，在事故情况下安全壳内氢气控制上采取了能动和非能动相结合的方式控制厂房氢气浓度。
能动控制采用蓄电池供电的了氢气点火器，非能动控制则采用催化直接化学反应的非能动氢气复合器。
通过这两种方式的设计能够在设计基准事故时，安全壳总体氢气浓度应被限制在4%以内。
发生严重事故时，控制安全壳氢气的浓度水平应与规定要求相一致。
同时由于采用了非能动设计，能够从根本上避免福岛核事故中安全壳氢气浓度控制失效而导致的氢气爆炸，保证放射性物质控制在安全壳内。
氢气控制系统主要包括3台氢气探测器，2台非能动氢气复合器和64个氢气点火器。
其中3台氢气探测器可以提供连续的安全壳氢气浓度监测和指示，为事故后监测和事故后缓解操作的运行评估提供输入信号。
一旦安全壳内氢气浓度有变化，在10秒内就能探测到氢气浓度变化的90%，在氢气浓度达到高值时在主控室和远方停堆工作站报警，提醒操纵员采取措施。
氢气探测器是非安全相关设备，由非1E级电源供电，主要用于在严重事故后，氢气浓度快速变化时，为操纵员提供及时的氢气浓度数据，探测器的工作范围是0-20%氢气浓度。
这个范围能够涵盖氢气爆燃、爆炸事故的所有氢气浓度范围。
非能动氢气复合器没有转动部件，不需要电源或其它任何支持系统，在有反应物（氢气和氧气）时自动启动。
非能动氢气复合器由一个不锈钢包壳构成，不锈钢包壳提供结构支撑，也为催化材料提供支撑。
包壳在底部和上部开口，并在催化层上部延伸而构成一个烟囱，这可产生额外的升力来增强效率和装置的通风能力。
催化材料被放置在网状加药箱内或在金属板酶催化材料上。
气体在加药箱和金属板之间的空间流动。
在运行期间，非能动氢气复合器内的气体在复合过程中被加热，通过自然对流上升。
当被加热的气体上升时，安全壳气体混合物被吸入非能动氢气复合器的底部，被加热的同时也产生水蒸气，通过安全壳大气混合处的烟囱排出。
由于在非能动氢气复合器内的反应是放热反应，催化剂的温度可能达到600℃甚至更高。
AP1000的特点和优势及其在我国的应用2
AP1000的特点和优势及其在我国的应用南华大学核资院工程学院资勘102班AP1000是西屋公司在已开发的非能动先进压水堆AP600的基础上开发的。
为Advanced Passive PWR的简称，1000为其功率水平（百万千瓦级），该堆型为西屋公司设计的3代核电堆型。
现在对核电站的反应堆分为四代：第一代(GEN-I)核电站是早期的原型堆电站，即1950年至1960年前期开发的轻水堆(light water reactors, LWR)核电站，如美国的希平港(Shipping Port)压水堆(pressurized-water reactor, PWR)、德累斯顿(Dresden)沸水堆(boiling water reactor, BWR)以及英国的镁诺克斯(Magnox)石墨气冷堆等。
第二代(GEN-Ⅱ)核电站是1960年后期到1990年前期在第一代核电站基础上开发建设的大型商用核电站，如LWR(PWR，BWR)、加拿大坎度堆(CANDU)、苏联的压水堆VVER/RBMK等。
目前世界上的大多数核电站都属于第二代核电站。
第三代(GEN-Ⅲ)是指先进的轻水堆核电站，即1990年后期到2010年开始运行的核电站。
第三代核电站采用标准化、最佳化设计和安全性更高的非能动安全系统，如先进的沸水堆(advanced boiling water reactors, ABWR)、系统80+(9system 80+)、AP600、AP1000、欧洲压水堆(European pressurized reactor, EPR)等。
第四代(GEN-Ⅳ)是待开发的核电站，其目标是到2030年达到实用化的程度，主要特征是经济性高(与天然气、火力发电站相当)、安全性好、废物产生量小，并能防止核扩散。
美国能源部成立的“近期项目实施组”（NTDG）在2002年提出的“美国2010年部署新核电厂的路线图”评审报告中对已经出笼的GE的ABWR 和ESBWR,西屋的AP600和AP1000和IRIS,Exelin的PBMR.法玛通的SWR1000 ,GA的GT-MHR)从设计深度、获得安全当局批准的能力、现实基础条件的匹配性、安全经济性能能的可信度等进行评价时只有ABWR一种机型评为一级，AP1000及其他机型等为二等[1]。
浅谈AP1000核电厂安全级仪控系统
浅谈AP1000核电厂安全级仪控系统1 概述AP1000核电厂采用了全数字化仪控系统，其中保护和安全监测系统（PMS）属于安全级，其余均为非核安全级。
PMS系统为电厂提供反应堆停堆、专设安全设施、核级数据处理三大主要功能。
PMS系统直接关系到核电站的安全运行，是AP1000机组中最为重要的仪控系统，因此该系统现场安装的全过程需要高度关注。
2 PMS安装工程分类及施工要点PMS系统安装的实体工作可分解成三大类：处理机柜、电缆与光缆、中子探测器。
2.1 处理机柜PMS总共包含39个DCS（集散控制系统）标准机柜，尺寸约为700*750*2300（宽*深*高），按照功能分为NIC（核仪表子系统柜）、BCC（双稳态逻辑处理器柜）、ILC（符合逻辑处理器柜）、MTP（检修试验柜）、QDP（核级数据处理子系统柜）、SVC（爆破阀控制子系统）、SOE（顺序事件记录柜）。
PMS机柜按照不同的安全序列分别布置在辅助厂房内的6个房间内，成排布置。
PMS属于精密电子设备，对安装环境的要求高，温度必须控制在10℃～25℃、相对湿度控制在20%～75%、空气中无粉尘和腐蚀性气體。
AP1000首堆工程中，现场参照ASME NQA-1的标准，在PMS房间建立了增强的Ⅲ级清洁区，不仅对进入人员、进入材料、区域内的焊接、切割、打磨等动火作业加以控制，还专门设置了临时空调、除湿机、吸尘器等设施改善安装环境。
PMS机柜的安装过程大体包括五个步骤：（1）卸车。
按照核电厂物项分类原则，有抗震要求的PMS机柜属于B类物项，卸车时应十分注意机柜顶部吊耳的受力均衡性，以防止机柜结构变形。
为此，首堆工程中采用了一种方形平衡梁，并与其他辅助吊具一起进行了150%静载试验；（2）引入房间。
PMS机柜要求竖直搬运，但受限于厂房内门洞高度，通过时需要倾斜。
此时应注意倾斜时必须确保柜门在两侧而不至于受压变形。
首堆工程中专门设计了一种翻转运输小车，为提高厂房内搬运效率；（3）调平。
最新AP1000安全系统综述及其与EPR关键措施对比汇总
A P1000安全系统综述及其与E P R关键措施对比AP1000安全系统综述AP1000安全系统综述AP1000安全系统设计理念如下：•安全系统非能动化•降低维修要求•简化安全系统配置•减少安全支持系统•减少安全级设备及抗震厂房•提高可操作性本文不考虑传统安全系统，只对非能动安全系统作介绍。
一．AP1000非能动安全系统简介AP1000非能动安全系统的优点可概括如下:(1)极大地降低了人因失误发生的可能性非能动安全系统不需要操纵员的行动来缓解设计基准事故，减少了事故发生后，由于人为操作错误而导致事件升级的可能性。
AP1000在事故条件下允许操纵员的不干预时间高达72 h，而对于已经运行的第二代或二代+核电厂，此不干预时间仅为10^30 mina(2)大大地提高了系统运行的可靠性非能动安全系统利用自然力驱动，提高了系统运行的可靠性，而不需要采用泵、风机、柴油机、冷冻水机或其他能动机器，减少了因电源故障或者机械故障而引起的系统运行失效。
由于非能动安全系统只需少量的阀门连接，并能自动触发，同时这些阀门遵循“失效安全”的准则，在失去电源或接收到安全保护启动信号时开启。
(3)取消了安全级的交流应急电源非能动安全系统的启动和运行无需交流(AC)电源，AP1000的设计取消了安全级的应急柴油发电机组。
AP1000非能动安全系统子系统如下：•非能动堆芯冷却系统•非能动安全壳冷却系统•非能动主控制室应急可居留系统•非能动裂变产物去除系统•非能动氢复合子系统•非能动反应堆压力壳防熔穿系统二．非能动堆芯冷却系统AP1000的非能动堆芯冷却系统(PXS)由非能动堆芯余热排出系统和非能动安全注人系统两部分组成。
PXS的主要作用就是在假想的设计基准事件下提供应急堆芯冷却，为此，PXS具有以下功能:·应急堆芯余热排出·RCS应急补水和硼化·安全注入·安全壳内pH值控制PXS安全相关功能的设计基于以下考虑(设计基准):<1> 即使在发生设计基准事件同时伴随不太可能的最大极限单一故障事件时，PXS也有多重的部件来执行其安全相关的功能。
AP1000 非能动安全系统
Characteristics of Passive Core Cooling System
The passive core cooling system operates without pumps or power sources. PCCS的运行无需泵的驱动也无需电源（交 流）。
Processes such as gravity and expansion of compressed gases are relied on. 依靠诸如重力和压缩气体的膨胀过程来驱 动PCCS工作。
3
AP1000非能动安全系统
非能动余热排出系统
非能动安全注射系统
非能动安全系统
非能动安全壳冷却系统
非能动主控制室应急可居留系统
安全壳氢气控制系统
AP1000 Passive Core Cooling System
➢ Characteristics of PXS ➢ Safety Functions ➢ PRHRHX Design Basis ➢ Emergency Makeup & Boration Design
①IRWST是一个大型的，具有不锈钢内衬的水箱，位于安全壳内 运行甲板下方。
②IRWST是AP1000C级设备，其设计符合抗震I类要求。
③IRWST的底部在RCS回路高度上方，这样换料硼溶液在充分卸 压后可以通过重力排入RCS。
④IRWST通过两个DVI管连入RCS。
⑤出口安装在IRWST顶部。
⑥这些出口在正常运行期间通常是关闭的，以将水气和放射性气 体维持在水箱内，防止碎片从安全壳运行甲板进入水箱。
表PXS 自动触发信号
PRHR HX 触发 任一SG中窄量程低水位，延时 + 低 SFW流量后 任一SG中宽量程低水位
AP1000核电站钢制安全壳
钢制安全壳是AP1000核电站重要的核级模块，是非能动功能实现的主要途径。
钢制安全壳包容着反应堆、蒸汽发生器等主工艺系统设备，在事故工况下能有效防止放射性物质外泄。
钢制安全壳底封头概况钢制安全壳由260块平均厚度约44毫米的弧形钢板焊接而成，总高度约66米，直径约40米，顶和底为椭圆形的封头，中间柱形筒体高约43米，安全壳的四周墙体上还有一些贯穿件孔、支架、门孔、其他附件等，全部组装完成后重量为3359吨，是AP1000核电站建造施工主路径上的关键模块之一。
底封头自重达660多吨，就位后钢制安全壳底封头大部分将埋入混凝土中，为增加钢制安全壳与混凝土的铆固力，还在钢制安全壳表面焊接了5000多根剪力钉。
钢制安全壳底封头制造过程钢制安全壳底封头的主要施工顺序可分为钢板生产、弧形板压制、现场组对、焊接等步骤。
钢板由宝钢首批生产，先在山东核电设备制造有限公司进行压制和坡口切割，然后通过陆路运输到三门现场的钢制安全壳拼装场地进行钢板的组对和焊接。
2009年5月13日，1号核岛钢制安全壳底封头开始在三门核电现场进行组对与安装。
底封头共有4圈钢板，每一圈的曲率不同，需要4套模具。
由于尺寸公差要求十分严格，远高于美国ASME标准的公差要求，对钢板轧制工艺提出了挑战。
工程技术人员进行了一系列试验，反复修模达10多次，验证了压制工艺，完成了技术攻关任务。
焊接作业于09年7月11日开始，底封头共有66条焊缝，焊缝总长697米。
焊前需要对钢板进行预热，预热温度100℃-200℃，同时进行正反两面焊接。
焊接时变形控制是关键，业主组织各方力量，在施工过程当中安装了一系列的卡具，并及时进行整体尺寸测量，严格依据相关标准、法规以及设计要求进行质量控制，保障了焊接工作的顺利进行。
10月7日，底封头主焊缝全部焊接完成，共无损检测RT拍片1400余张。
10月26日，1号机组钢制安全壳底封头通过了国家核安全局的检查。
底封头现场制造工作全部完成，具备吊装条件。
AP1000简介-1
2. 厂房布置
17
SMS
Special Monitoring System
18
CDS
Condensate System
19
CFS
Turbine Island Chemical Feed System
20
CPS
Condensate Polishing System
21
DTS
Demineralized Water Treatment System
被加热了的低密度空气沿空气导流层上升散发流入大气 而高密度的空气从 位于屏蔽厂房顶部的气孔吸入，沿屏蔽厂房内表面与导流层外表面之间的通道下 沉进行补充。
屏蔽厂房的再一个功能就是保护安全壳免遭外来物碰击，以及龙卷风及其夹 带物的影响。
2.2.3. 辅助厂房 辅助厂房的基本功能是为位于安全壳之外的抗震 I 类机电设备提供保护，
27
MTS
Main Turbine System
28
RWS
Raw Water System
29
TDS
Turbine Island Vent, Drain and Relief System
30
IDS
Class 1E dc and UPC System
31
IDSA
Class 1E DC and UPS System Division A
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isolation valves隔离阀
配水堰系统
Water distribution bucket水 Containment air baffle安全壳空气挡板
分配器
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Ancillary WST辅助贮水箱
内部材料
-15-
FigS. y5s.t2e-m1
Containment Hi-2 pressure (6.2 psig) opens PCCWST
内部材料
-8-
Containment
Vessel安全壳容器
Bottom head is em-bedded in
concrete on inside & outside下封头 外侧和内侧埋在砼中
Watertight seals on top of
concrete砼顶部有防水密封
Inorganic zinc coating except for
动安全壳冷却系统的空气吸入口石园柱体顶部
Annular space w/ baffle to direct air flow as part of PCS operation带空气导流板
的环形空间
Watertight seal between upper & middle annuli上环带与下环带间有防水密封
leakage of fission products to the environment. 降低安全壳压力以 降低裂变产物外逸至环境的驱动力。
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内部材料
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Fig. 5.2-1
2864 m3
Key Components:主要部件：
PCCWST
Water distribution weir system (not shown)
Is an integral part of the PCS. 作为非能动安全壳 冷却系统的一个完整部分。
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内部材料
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Shield Building
Seismic Category I rein-forced concrete structure抗震一类钢筋砼结构
Air intakes for PCS at top of cylinder非能
Operation
discharge iso. valves.安全壳
高 -2 压 力 (42.7kPa) 打 开 排 放 隔
离阀
Water gravity drains from
PCCWST. 水 从 PCCWST 靠 重 力流出
Heights and size of
discharge
standpipes
-21-
Conical roof supports PCS water storage tank锥形顶部支承PCS贮水箱
Air diffuser (chimney) in center of roof for PCS air discharge在顶部中央的PCS空气出
口处有空气扩散器(烟囱)
Dimensions: ID: 140 ft
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内部材料
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Containment Vessel
安全壳容器
Fig. 5.1-1
Seismic
Cat.
I
freestanding vessel
抗震一类自立式容器
Cylindrical w/ elliptical
heads 带椭圆形封头的园 柱体
Diam: 130 ft
&
evaporation.
通过对流和蒸发，水膜将热量传至环带
中的空气流。
With transfer of heat & water vapor,
air in inner annulus is less dense than air in outer annulus. 随着热量 传递和水的蒸发，内环带的空气密度低 于外环带的。
PCCAWST. PCCAWST volume is good for another 4 days of PCS
operation. PCCWST的水容量可维持72小时而无需操纵员动作。72小时后，
操纵员可从辅助水箱补水至PCCWST水箱。辅助水箱的水又可以再维持4小时。
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内部材料
两个设备闸门内径均为4.877m。一个设备闸门在操作平 台高度，标高为41.5m, 另一个在标高32.9m处，它可使 设备从路上通道进入安全壳。
两个人员闸门分别置于两个设备闸门附近。每个气闸门有 两个串列布置的门，这两个门在机械上联锁，防止两个门 同时打开。可以用专门工具和规程将联锁旁路。
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6/15/2010
内部材料
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Purpose 用途
To reduce containment temperature & pressure
following a LOCA or MSLB by removing thermal energy
from the containment atmosphere.
在发生失水事故
和主蒸汽管破裂事故时，依靠从安全壳大气导出热能来降低安全壳的温度
和压力。
Ö Operation of the PCS prevents exceeding the containment design
pressure.
PCS的运行可防止安
全壳超过设计压力。
Ö Reducing the containment pressure lowers the driving force for
这些大结构模块在靠近核电厂核岛区的三个组装区制造。当模块制成 时，由重型起重机将其吊送到它的最终位置。
美国和日本的建造公司审查了安全壳的制造设计，确认经论证的制造 经验能较好地满足安全壳容器的建造。
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内部材料
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Shield Building Purpose 屏蔽建筑物的用途
govern flow rates. 水位高
度和排放竖管决定流量大小
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内部材料
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FigS. y5s.t2e-m1 Operation
Water from PCCWST is delivered to water distribution bucket. 水从PCCWST流至水分配器。
Heat from containment shell is transferred to water film. 来自安全壳壳体的热量传给水膜。
Water which does not evaporate drains from shield building upper
annulus. 没有蒸发的水下流至屏蔽建筑物的上环带。
Houses & supports RCS and related systems & some ESF systems.包容和支承反应堆冷却剂系统及其相关系统，以及专设安全设施系统。
Provides shielding for core & RCS during normal ops. 正常运行时，为堆芯和反应堆冷却剂系统提供屏蔽防护。
containment vessel, the
resulting water film
transfers
heat
to
natural-circulation air
flow in shield building.
总 之 ， 水 从 PCCWST 水 箱 流 出
至安全壳容器的外表面，生成的
水膜将热量传至屏蔽建筑物内的
自然循环空气流。
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内部材料
-20-
Fig. 5.2-1
Volume in PCCWST is good for 72 hr without operator action.
After that, operators can align system to replenish PCCWST from
Air naturally circulates as shown. 空气自然循环如图示。
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内部材料
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System Operation 系统运行
Fig.
5.2-2
To summarize, as water
drains from PCCWST
onto
exterior
of
HT: 273.25 ft Wall thickness: 3 ft Annulus: 5 ft wide
5 ft annulus 3 ft thick
140 ft
Fig. 5.1-2
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内部材料
-12-
5.2 非能动安全壳冷却系统
Section 5.2: Passive Containment Cooling System (PCS)
直径39.6m
Ht: 215 பைடு நூலகம்t 高65.6m
Wall thick-ness: 1.75 in.
壁厚4.445cm
Design press: 59 psig
设计压力4.07bar
2 equipment hatches, 2
airlocks 二个设备闸门，二 个人员闸门
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6/15/2010
内部材料
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Weir System 配水堰系统
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内部材料
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