1、AP1000技术核电厂系统设备课程毕业设计课程设计说明书(论文)作 者： jionsh 学 号： 20110210058 系 部： 能源与动力工程学院 专 业： 核电站集控运行 题 目： AP1000核电站设计 指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 20 14年 7 月 摘要介绍了由我自己设计的AP1000先进非能动型压水堆的技术特点以及各个系统的设计理念和设计细节，AP1000设计的目的是为了实现高安全性和良好的运行性能记录，安全系统设计充分利用自然驱动力,在不需要大规模的安全支持系统的条件下保持正常运行功率，非能动系统的使用使核电厂的设计比起传统的压
2、水堆核电厂有显著的简化，简化不仅减少了设备部件的采购量，降低了相应的安装成本，缩短了施工工期，并使维修活动最小化。对于AP1000核电厂，设计简化的结果还包括可利用率的提高和所需员工数量的减少。关键词：AP1000；非能动型核电厂；核系统；纵深防御；优越性；安全AbstractThis paper introduces the design of your own by me for the Westinghouse AP1000 advanced the move of the technical characteristics and the desigh of each system d
3、esign idea and design details, the Westinghouse AP1000 is designed in order to achieve the high security and good safety record, the operation performance of system design make full use of natural driving force, without the need for massive security support system under the conditions of normal oper
4、ation, the power to keep the use of nuclear power plant to move system design than the traditional PWR nuclear power plant have significantly simplified, simplify not only reduced the equipment parts, reduce the quantity of the corresponding installation costs, shorten the construction period, and t
5、he maintenance activities is minimal. For the Westinghouse AP1000 nuclear power plant, the simplified design results also include the improvement of utilization ratio and the reduction of the number of the employees.Key words: AP1000; The nuclear power plant of unmoved; System of nuclear power; Defe
6、nse in depth; Superiority; Safety前言随着科学与经济的飞速发展，我们所生活的社会环境日新月异，它一步一步的向着信息化、数字化迈进。国内的工业、商业等各项产业的发展也越来越科学。而这些产业的发展的对电力的需求也逐步的扩大。传统的火力发电还能满足今天的发展需要吗？在上个世纪，我们以中国地大物博为傲。中国有着丰富的矿产资源，媒、石油、天然气等资源的开发与利用一度使我国的GDP不断增长，我们曾经以为这些不可再生资源可以满足我们几代人的衣食住行。然而，不断的开发与利用不得不使我们再次重新考虑资源的利用问题。于是，我们开始展开对水、风能、太阳能、核能等新能源的利用的征程。纵
7、观全球，电力的生产与使用都是一个备受关注的课题。细看发达国家的电力生产，不难得出这样一个结论：核电是将来的主宰！在此次设计中，我设计的核电站是以AP1000为核心的电厂，AP1000是美国西屋公司开发的一种双环路和百万千瓦级的先进压水堆核电机组，其反应堆一回路由1台反应堆压力容器、1台稳压器、2台大容量的蒸汽发生器、4台屏蔽式主泵、4条冷段和2条热段管道组成。AP1000是在AP600的基础上适当改进的结果，机组采用单堆布置方式，为了达到更高的电站功率，一方面加大了核蒸汽供应系统主要部件的尺寸，包括增加反应堆压力容器的高度、堆芯长度，另一方面增大蒸汽发生器、稳压器、汽轮机的尺寸和容量以及燃料组
8、件的数目。为了实现非能动安全系统设计，采用了带变频器的大型屏蔽泵。我相信，在未来的电力生产中，核电将会是主导，那么AP1000也会是不可缺少的部分！第一章 核电概述及其发展1.1发展核电的必要性首先，我们先来看一下目前我国各项能源发电与世界核能发展的状况。我国发电状况，核 电：1 水电：21 火电：78 其它（包括风电）估计不到0.1。 在很多年内，我们国家都会以火电发电为主，计划2020年核电达到20，水电20,火电仍然会高达将近60%。我国的水利资源不很丰富，分布不均称，受枯水季节影响比较大，有一次性先期投资较大的弱点。核电的优势非常明显。仅仅1公斤铀235全部裂变放出的能量,就相当于27
9、00吨标准煤燃烧放出的能量。核电站一年产生的二氧化碳仅是同等规模燃煤电站排放量的1.6%,核电站不排放二氧化硫、氮氧化物和烟尘。2008年,中国核电发电684亿千瓦时,与用煤炭发同样数量的火电相比,相当于减排二氧化碳8000多万吨、二氧化硫40多万吨。随着科学技术的不断进步,核电成本优势日益突出。目前,法国核电成本是煤电成本的0.57倍,美国在1962年就已经低于煤电成本。与风电、水电等其他清洁能源相比,核电同时又具有容量大和基本不受天气等外因影响的优点,能够在环境影响的情况下稳定供应大量电力。目前,我国的核电发展无论是从建设规模还是技术利用上都在全球处于领先地位,已成为世界上少数几个拥有完整
10、核工业体系的国家之一。到2020年,我国核电运行装机容量有望达到7000万千瓦。积极发展核电,我国也将为减少温室气体排放、应对气候变化作出自己应有的贡献。目前，我国在建核电机组数达到23台，占全世界在建核电机组总数（57台）的40%，成为在建核电规模最大的国家。随着国家环境、能源政策的调整，各方发展核电的积极性高涨，原先的规划已不适用。目前国家能源局正组织协调各方确立新的发展目标，预计将大大提高装机容量，目前有消息称，新规划中明确到2020年，核电运行装机容量达到7000万1亿千瓦。已建成的中国核电站信息秦山核电站所在省浙江地区海盐堆型压水堆技术CNP300技术来源中国额定功率30万千瓦机组数
11、量1台年发电量25亿千瓦时设计寿命30年综合国产化率大于70%业主单位秦山核电有限公司主要股东中国核工业集团公司投资额12亿人民币秦山二期所在省浙江地区海盐堆型压水堆技术CNP650技术来源中国额定功率65万千瓦机组数量已运营2台，正扩建 2台年发电量1、2号机组80亿千瓦时设计寿命40年综合国产化率二期约55%，二扩约70%业主单位核电秦山联营有限公司主要股东中国核工业集团公司、浙江省电力开发公司等投资额1、2号机组总投资148亿人民币，3、4号机组144.61亿元人民币秦山三期所在省浙江地区海盐堆型重水堆技术CANDU 6技术来源加拿大额定功率72.8万千瓦机组数量2台年发电量110亿千瓦
12、时设计寿命40年综合国产化率约55%业主单位秦山第三核电有限公司投资额25.7亿美元大亚湾核电站所在省广东地区深圳堆型压水堆技术M310技术来源法国额定功率98.4万千瓦机组数量2台年发电量100亿千瓦时设计寿命40年综合国产化率不到10%业主单位大亚湾核电运营管理有限责任公司主要股东广东核电投资有限公司、香港核电投资有限公司投资额40亿美元岭澳一期所在省广东地区深圳堆型压水堆技术CPR1000技术来源中国额定功率99万千瓦机组数量2台年发电量145亿千瓦时设计寿命40年综合国产化率约30%业主单位大亚湾核电运营管理有限责任公司主要股东中国广东核电集团投资额40.25亿美元田湾一期所在省江苏地
13、区连云港堆型压水堆技术AES-91技术来源俄罗斯额定功率106万千瓦机组数量2台年发电量140亿千瓦时设计寿命40年综合国产化率约70%业主单位江苏核电有限公司主要股东中国核工业集团公司50%、中电投核电有限公司30%、江苏省国信资产管理集团有限公司20%投资额32.04亿美元建设中的核电站序号核电站名称采用的技术在建台数1岭澳核电站二期CPR100022红沿河核电站一期CPR100043宁德核电站一期CPR100064福清核电站M310（法国）25阳江核电站CPR100066秦山核电站扩建_方家山核电CNP100027中国实验快堆快堆（俄罗斯）18三门核电站AP100029台山核电站一期EP
14、R（法国）210海阳核电站AP1000211石岛湾核电站高温气冷堆1合计30中国筹建中的核电站序号核电站名称采用的技术计划建设台数1桃花江核电站M31042大畈核电站待定43彭泽核电站AP100044昌江核电站一期CNP65045陆丰核电站一期CPR100066红沙核电站CPR100067徐大堡核电站待定68涪陵核电站AP100049海丰核电站待定810三坝核电站待定411龙游核电站待定412东港核电站待定413芜湖核电站待定414南阳核电站待定615小墨山核电站AP1000616靖宇核电站AP1000417吉阳核电站待定418漳州核电站AP1000619福建三明核电站CPR10004合计92
15、世界装机容量核电自20世纪50年代中期问世以来，目前已取得长足的发展。根据国际原子能机构的统计，截至2005年9月底，全世界正在运行的核电机组有443座，分布在31个国家或地区，年发电量占世界总量的16%,其中中国在运行核电机组11台，净装机容量858.7万千瓦。另外,在建核电机组44台，净装机容量3938万千瓦，其中中国在建机组12台，净装机容量1188万千瓦。目前，核电主要分布在北美（美国、加拿大）、东亚（日本、韩国）和欧洲（法国、英国、俄罗斯、德国）等，这8个国家的反应堆数量占全世界总和的74%。反应堆拥有量排名前三位的美国、法国、日本的反应堆总和占全世界的49.4%。从以上的表格和数据
16、中，不难分析出核电的又好又快的发展趋势以及它的优越性。核电的发展不仅仅是大势所趋，更因为它的安全性和经济性给人类带来的福祉让我们不得不接受它，发展它。核电作为一种安全、洁净、环保的新型能源正在世界各地被广泛使用，我国现有的9台核电机组运行业绩良好，安全状况均符合技术规范要求。核电站具有清洁安全可靠的特点，压水堆核电站在安全设计方面，采取了最严密的纵深防御措施，主要包括：四道屏障、多重保护、专设安全设施和质量保证体系。核电站对周围居民的辐射影响，远远低于燃煤电厂和日常生活中的天然辐射，据统计，在核电站正常工作三十年所接受的辐射总量低于一次医院的X光检查，核是安全而清洁的能源。所有的核电集团高度重
17、视环境保护，始终坚持“遵守法规、安全运行、减少排放、节约资源、持续改进、保护环境”的环保方针，大亚湾和岭澳两座核电站自运行以来放射性废气、废液年排放量远远低于国家排放限值。据广东省、深圳市以及香港各独立环境监测站的长期跟踪监测，核电站10公里半径范围内环境放射性水平与运行前的本底数据相比没有发生变化。 我们所建立的核电站将严格遵守我国核安全的法律法规。在核安全方面，我国制定了非常严格的核安全防护法规体系。国家核安全局、环境保护局、劳动部和卫生部等部门分别颁布实施了有关核电站厂址选择、设计、运行、质量保证、辐射防护和废物管理、职业安全卫生、辐射防护基本标准等安全规定。从核电站的选址、设计、建造、
18、调试、运行、退役等各环节，国家核安全局都会进行核安全管理和严格的监督，百分百的对群众的安全与利益负责。核电站产生的废物量很少，仅为同等规模燃煤电站的十万分之一。核电站三废排放的原则是尽量回收，把排放量减至最低。固体废物完全不向环境排放，放射性活度较大的液体废物转化成固体废物也不排放；像工业人员淋浴水之类低放射性废水经过处理、检验合格后排放；气体废物经处理和检测合格后向高层排放。低放射性和中放射性废物的处理方法多放在浅地层或地面废物库中，使之与生物界隔离300年。核电站的废物排放，受到国家的严格控制和监督，实际排放量远远低于标准规定的允许值。然而在循环冷却水这一环节中，更是安全又经济。冷却水从冷
19、却系统中排出，它的温度要比外界的水温明显高出5到6摄氏度，周围的农民可以用排放出的冷却水浇灌农作物，缩短农作物的生长周期，提高收益，同时，温暖的水质吸引鱼群来此，给渔民也带来一定的收益，此乃变废为宝，造福一方。核电的效益更是无可匹敌，从上述表格中即可得到它的成本低，发电量大，环保性强，作为我国主要的电力设备供应者，公司已逐步完成了从火电设备向风电、核电和清洁燃烧设备供应商的战略转变，这是看好公司的基本逻辑。核电是公司未来三年增长的重要推动力，预计未来三年核电收入分别为40亿、100 亿和130 亿，复合增长率超过80%；毛利率方面，通过市场调研分析测算得未来生产平稳后核电设备的毛利率水平将在2
20、5%左右。第二章 厂址的选择2.1核电厂总体及厂房布置1.厂址的选择基于核电安全的特殊性，厂址的选择一定要考虑核电厂本身特性、厂址自然条件和技术要求以及辐射安全三个方面。我们初步将核电站建在连云港的灌云。核电厂的放射特性核反应堆是一个强大的放射源。反应堆燃料棒运行时的破损率、反应堆冷却剂系统的泄露率和放射性废物处理系统的净化能力等决定了核电厂放射性物质的排量。设计上要求核电厂在极限事故工况下的放射性物质释放量不应达到对居民健康和安全造成超过我国国家核安全局关于核电厂厂址选择的严重危害后果的程度。厂址的自然条件和技术要求厂区地震条件是确保灌云核电站安全的重要条件，是选择厂址的决定性因素之一。考虑
21、安全和经济的要求，厂址尽可能选择在地震烈度低的地区。因为XX电站是在沿海地区，同时还要考虑到地震引起的海啸问题。气象条件是选址的影响因素之一。要求气流畅通，有利于放射性废气的稀释和扩散。另外，核电厂应建在铁路、公路或水路等交通运输比较方便的地方，以便于对大型设备和新燃料、乏燃料的特殊运输。我们的选择是水路边上，核电站建设有自己的码头。辐射安全要求辐射安全应符合国家环境保护、辐射防护等法规和标准的要求。将电厂设置在非居住区，最好有明确的禁区半径。2.总平面布置核电厂的厂房根据自身的特殊性可以将其分为非限制区、监督区和控制区控制区包括核心区、三废区；监督区包括供排水区、动力供应区和检修及仓库；非限
22、制区即厂前区。核心区：主要由核岛和常规岛组成，包括反应堆厂房、核辅助厂房、燃料厂房、主控制室、应急柴油发电机厂房和汽轮发电机组厂房等。三废区：主要由废液储存、处理厂房、固化厂房、弱放废物库，固体废物储存库、特种洗衣房和特种洗车库等组成。供排水区：主要由循环水泵房、排水渠道、淡水进化车间、消防站和高压消防泵房等组成。动力供应区：主要由冷冻机站、压缩空气及辅助锅炉房等组成。检修及仓库区：包括检修车间、材料仓库、设备综合仓库及危险品仓库等。厂前区：包括电厂行政办公大楼及汽车、消防、保安及生活服务设施。反应堆厂房的布置大致可以分为T型和L型。灌云核电站的厂房平面布置选择T型布置。因为采用T型布置，汽轮
23、机叶片飞射方向不会危及反应堆厂房，但是L型则要设置专门的防护设置。厂区布置的平面图见CAD附录图。2.2核电站安全设计原则1.多道屏障核电系统的第一道屏障是燃料棒包壳，包壳具有较高的承压能力，使放射性裂变产物控制在燃料包壳内。第二道屏障是一回路的承压边界，由压力容器、管道、和设备组成，它们将高温高压又带强放射性的冷却剂封闭在其内。第三道屏障是安全壳。2.纵深防御纵深防御是核电厂安全保障所依据的基本理念，在第一道屏障失效时，还有其他屏障加以弥补。第一层次的防御目的是防止偏离正常运行及防止系统失效，第二层次的防御目的是检测和纠正偏离正常运行状态，以防止预计运行事件升级为事故工况，第三层次的防御是基
24、于很多的假定，防止发生衍生事故，第四层次的防御目的是针对可能超过设计基准的严重事故，并保证放射性释放保持在尽实际可能低的程度，第五层次的防御目的是减轻可能由事故工况引起的潜在放射性物质的释放造成的放射性后果。3.单一故障准则安全注入系统的设计应使系统能在短期或长期运行时承受任何运行设备的单一性故障，并保持满足堆芯冷却的要求，在发生单一故障时不会妨碍系统的必要性的保护动作。安全准则之中还包括抗自然灾害的功能和辐照剂量标准。2.3堆型的确定及简介AP1000核电技术， AP1000是一种先进的非能动型压水堆核电技术，用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压下的水把热
25、能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，AP1000最大的特点就是设计简练，易于操作，而且充分利用了诸多“非能动的安全体系”，进一步提高了核电站的安全性，同时也能显著降低核电机组建设以及长期运营的成本。AP1000核电技术，中国第三代核电自主技术，中国引进消化吸收再创新和自主创新，在世界上率先掌握了第三代核电AP1000的五大核心关键技术，为推进中国核电产业技术水平的整体跨越，为实现中国第三代核电AP1000的自主化、批量化建设打下了坚实的基础。AP1000核电技术是目前唯一一项通过美国核管理委员会最终设计批准的第三代核电技术，这是目前全球核电
26、市场中最安全、最先进的商业核电技术。AP1000是一种先进的“非能动型压水堆核电技术”。用铀制成的核燃料在 “反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。采用这一原理的核电技术就是压水堆核电技术。核岛筏基大体积混凝土一次性整体浇注技术、核岛钢制安全壳底封头成套技术、模块设计和制造技术、主管道制造技术、核岛主设备大型锻件制造技术。1、AP1000最大的特点就是设计简练，易于操作，而且充分利用了诸多“非能动的安全体系”，比如重力理论、自然循环、聚合反应等，比传统的压水
27、堆安全体系要简单有效得多。2、进一步提高了核电站的安全性，同时也能显著降低核电机组建设以及长期运营的成本。3、AP1000在建设过程中，可利用模块化技术，多头并进实施建设，极大地缩短了核电机组建设工期。AP1000从开工建设到加载原料开始发电，最快只需要36个月，建设成本方面的节约优势明显。2010年1月11日，中国AP1000自主化依托项目国产化主管道采购合同在北京签订。国核工程公司与中国第二重型机械集团公司(德阳)重型装备股份公司签订了主管道采购合同。核电站主管道是连接反应堆压力容器和蒸汽发生器的大厚壁承压管道，是核蒸汽供应系统输出堆芯热能的“大动脉”，是压水堆核电站的核一级关键设备之一。
28、AP1000机组采用了超低碳控氮不锈钢整体锻造技术，材质要求高、加工制造难度大，堪称目前世界核电主管道制造难度之最。AP1000主管道是中国AP1000自主化依托项目中唯一没有引进国外技术的核岛关键设备。中国二重集团等国内多家企业通过为时两年的科研攻关，自主突破了AP1000主管道制造的技术难关，制造的主管道1：1模拟件综合技术指标已完全符合美国西屋公司的设计技术标准，达到世界一流水平，大幅降低了主管道的采购成本。2009年12月22日，中国一重承担的三门核电站2号机组蒸汽发生器管板锻件研制取得成功，在先前实现AP1000核岛反应堆压力容器锻件完全国产化的基础上，再次实现了蒸汽发生器锻件的完全
29、国产化，一举攻克了制约我国核电发展的重大技术难关，大幅提升了中国核电装备制造的整体水平和技术能力，打破了国外企业在高端大型铸锻件市场的垄断。以前中国的大型铸锻件企业因制造能力和技术上的差距，使国内高端大型铸锻件市场和技术被国外巨头垄断，尤其是在核电大型铸锻件上，国外更是实行技术封锁。除大型锻件外，目前反应堆压力容器、蒸汽发生器、主泵、主管道、钢制安全壳等核岛关键设备国产化工作均取得实质性进展，确保了中国后续三代核电批量化、规模化发展。AP1000是西屋在AP600技术的基础上延展开发的。AP600以“非能动性”为特点的设计最早始于1991年，西屋当初试图将核电站技术从经济效益和安全水平两方面都提升到一个新高度，保持自己在核电领域的技术领先优势。AP600在1998年获得美国核管会的“最终设计批准”，但随着世界电力市场的不断变化，核电新的目标电价降至每度3美分，AP600已无法满足这个要求。为此西屋启动了AP1000的开发工作，目标是更便宜、更安全、更高效的核反应堆技术，以提升其在核电市场的竞争力。由于AP1000脱胎于AP600，因此研发进程大大加快，通过设计改进达到增容目的，显著提高发电功率，同时又保持了原有系统的安全性和简洁性。从 AP600到AP1000，经过了15年的开发和
