第三代核電技術(shù)AP1000（第二版）

前言第一版前言第一章　犃犘1000設(shè)計(jì)的先進(jìn)性和成性1第一節(jié)　先進(jìn)核電廠的需求催生了AP10001第二節(jié)　先進(jìn)的安全理念與核電成熟的更高階段 2一、AP1000安全設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)3二、非能動(dòng)技術(shù)使核電安全更趨成熟 5第三節(jié)　開發(fā)商的設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn) 7一、單項(xiàng)效應(yīng)試驗(yàn) 8二、非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)綜合效應(yīng)試驗(yàn) 9三、SPES2綜合系統(tǒng)試驗(yàn)裝置與高壓條件下的堆芯冷卻10四、APEX先進(jìn)電廠試驗(yàn)裝置與堆芯長(zhǎng)期冷卻11五、ULPU裝置與緩解嚴(yán)重事故的熔融物堆內(nèi)滯留13六、若干重要設(shè)備的樣機(jī)試驗(yàn)與相關(guān)驗(yàn)證 15第四節(jié)　核安全監(jiān)管當(dāng)局的獨(dú)立驗(yàn)證與軟件確認(rèn) 16一、AP1000設(shè)計(jì)認(rèn)證的基本過程17二、SPES、APEX和ROSA的NRC比例析18三、APEX、ATLATS和RBHT的NRC試驗(yàn)合19四、安全分析計(jì)算機(jī)程序的驗(yàn)證與確認(rèn) 21五、關(guān)于設(shè)計(jì)成熟性的基本結(jié)論 23附錄一 24附錄二 33參考文獻(xiàn)33第二章　犃犘1000的總體設(shè)計(jì)34第一節(jié)　AP1000的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和總體要求34第二節(jié)　AP1000的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和主要技術(shù)參數(shù)35一、AP1000的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 35二、AP1000的主要技術(shù)參數(shù) 38第三節(jié)　AP1000系統(tǒng)和設(shè)備的技術(shù)概要 39一、反應(yīng)堆堆芯和堆內(nèi)構(gòu)件 39二、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)及其設(shè)備 39三、AP1000的安全概念與專設(shè)安全系統(tǒng) 41四、核輔助系統(tǒng) 45五、蒸汽動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 47六、儀表和控制系統(tǒng) 47七、電氣系統(tǒng) 49第四節(jié)　AP1000核電廠的總體布置 50一、廠房布置與結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn) 50二、核島廠房 51三、汽輪機(jī)廠房 52第五節(jié)　AP1000相對(duì)于AP600的設(shè)計(jì)進(jìn) 52一、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)及若干主要設(shè)備 52二、非能動(dòng)安全系統(tǒng)與若干其他系統(tǒng) 55三、基于PRA分析結(jié)果的設(shè)計(jì)改進(jìn) 57四、核電廠布置 58第六節(jié)　AP1000規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)體系與構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件分級(jí) 59一、AP1000規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)體系 59二、AP1000構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件分級(jí) 59附錄 62參考文獻(xiàn) 78第三章　犃犘1000的燃料系統(tǒng)與堆芯計(jì) 80第一節(jié)　現(xiàn)代壓水堆堆芯技術(shù)的集成和發(fā)展 80一、AP1000燃料系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 80二、AP1000堆芯技術(shù)的主要特點(diǎn) 82第二節(jié)　燃料系統(tǒng) 84一、燃料組件 84二、反應(yīng)性控制組件 89第三節(jié)　核設(shè)計(jì) 92一、堆芯裝載與燃耗 92二、功率分布 97三、反應(yīng)性系數(shù) 107四、控制要求 111五、控制棒布置和反應(yīng)性價(jià)值 115六、堆外燃料的臨界安全 117七、氙穩(wěn)定性 118八、壓力容器輻照 119九、分析方法 120第四節(jié)　熱工水力設(shè)計(jì) 121一、臨界熱流密度與偏離泡核沸騰比 121二、燃料棒溫度場(chǎng) 128三、堆芯水力學(xué) 130四、測(cè)量?jī)x表要求 134第五節(jié)　堆芯燃料管理 136一、堆芯燃料管理評(píng)估體系的基本要素 137二、平衡循環(huán)的兩種設(shè)計(jì)方案 140三、傳統(tǒng)的第一循環(huán)與低泄漏過渡循環(huán) 150四、先進(jìn)的循環(huán)更替與AP1000堆芯燃料管理結(jié)果比較 153附錄 158參考文獻(xiàn) 162第四章　犃犘1000的反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)和反應(yīng)堆本體 165第一節(jié)　反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的變革與AP1000的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 165一、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的變革 165二、AP1000反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)170第二節(jié)　反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)設(shè)計(jì) 175一、功能與設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 175二、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 176三、系統(tǒng)流程 177四、系統(tǒng)特性 180五、運(yùn)行程序 184第三節(jié)　反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的主要設(shè)備 188一、蒸汽發(fā)生器 188二、反應(yīng)堆冷卻劑泵 203三、穩(wěn)壓器 212四、反應(yīng)堆冷卻劑管道 217第四節(jié)　AP1000反應(yīng)堆本體 221一、反應(yīng)堆壓力容器 221二、堆內(nèi)構(gòu)件 226三、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 228四、一體化堆頂結(jié)構(gòu) 230參考文獻(xiàn) 232第五章　犃犘1000的專設(shè)安全系統(tǒng) 233第一節(jié)　非能動(dòng)專設(shè)安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和特點(diǎn) 233一、非能動(dòng)專設(shè)安全系統(tǒng)的功能和設(shè)計(jì)理念 233二、專設(shè)安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和方法 234三、非能動(dòng)原理和AP1000專設(shè)安全系統(tǒng)的特點(diǎn) 235四、非能動(dòng)安全技術(shù)的成熟性 236第二節(jié)　非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng) 236一、非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng) 236二、非能動(dòng)安全注射系統(tǒng) 243三、自動(dòng)卸壓系統(tǒng) 259第三節(jié)　安全殼相關(guān)的非能動(dòng)專設(shè)安全系統(tǒng) 264一、非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng) 264二、安全殼氫氣控制系統(tǒng) 274三、安全殼隔離系統(tǒng) 281四、非能動(dòng)裂變產(chǎn)物控制系統(tǒng) 285第四節(jié)　主控制室非能動(dòng)應(yīng)急可居留系統(tǒng) 288參考文獻(xiàn) 293第六章　犃犘1000核輔助系統(tǒng)與部分二回路系統(tǒng) 294第一節(jié)　幾個(gè)主要支持系統(tǒng) 295一、化學(xué)和容積控制系統(tǒng) 295二、正常余熱排出系統(tǒng) 298三、燃料操作與換料系統(tǒng) 300第二節(jié)　冷卻水系統(tǒng) 303一、設(shè)備冷卻水系統(tǒng)303二、廠用水系統(tǒng) 305三、乏燃料池冷卻系統(tǒng) 306第三節(jié)　蒸汽和給水系統(tǒng) 308一、主蒸汽供應(yīng)系統(tǒng) 308二、主給水系統(tǒng) 310三、啟動(dòng)給水系統(tǒng) 311第四節(jié)　取樣分析與試驗(yàn)檢驗(yàn)系統(tǒng) 313一、核取樣系統(tǒng) 313二、安全殼泄漏率試驗(yàn)系統(tǒng) 314第五節(jié)　三廢系統(tǒng) 315一、放射性廢液系統(tǒng) 315二、放射性廢氣系統(tǒng) 318三、放射性廢固系統(tǒng) 320參考文獻(xiàn) 322第七章　犃犘1000數(shù)字化儀表控制系統(tǒng)及電氣系統(tǒng) 323第一節(jié)　AP1000數(shù)字化儀表控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 323一、系統(tǒng)主要特點(diǎn) 323二、總體結(jié)構(gòu)概述 323三、系統(tǒng)功能 325四、性能要求 327第二節(jié)　安全級(jí)儀表和控制系統(tǒng)平臺(tái) 327一、CommonQ平臺(tái)的硬件 328二、CommonQ平臺(tái)的軟件 331第三節(jié)　非安全級(jí)儀表和控制系統(tǒng)平臺(tái) 332一、Ovation網(wǎng)絡(luò) 332二、Ovation控制器 333三、OvationI／O模件 335四、Ovation用戶界面 337五、歷史站與記錄服務(wù)器 338六、Ovation高效工具 338七、Ff現(xiàn)場(chǎng)總線 339第四節(jié)　保護(hù)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 340一、反應(yīng)堆緊急停堆系統(tǒng) 341二、專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 348三、1E級(jí)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng) 365四、保護(hù)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架 369第五節(jié)　核電廠控制系統(tǒng) 376一、反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)和棒控系統(tǒng) 377二、快速降功率系統(tǒng) 382三、蒸汽排放控制系統(tǒng) 382四、穩(wěn)壓器液位控制系統(tǒng) 385五、穩(wěn)壓器壓力控制系統(tǒng) 386六、蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)———給水控制系統(tǒng) 386七、縱深防御控制 388八、多樣化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 389第六節(jié)　儀表和監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 391一、核測(cè)量?jī)x表系統(tǒng) 391二、輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 394三、地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 397四、特殊監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 398第七節(jié)　運(yùn)行和控制中心 402一、AP1000主控制室 403二、技術(shù)支持中心 405三、遠(yuǎn)距離停堆室 405四、運(yùn)行支持中心和應(yīng)急運(yùn)行設(shè)施 405五、就地控制站 406第八節(jié)　電氣系統(tǒng) 406一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與主要特點(diǎn) 406二、廠用交流電源系統(tǒng) 407三、直流電源系統(tǒng) 407四、主要技術(shù)參數(shù)407參考文獻(xiàn) 411第八章　犃犘1000核電廠的人因工程學(xué) 413第一節(jié)　人因工程學(xué)的計(jì)劃階段 414一、HFE管理大綱的目標(biāo)與范圍 414二、人機(jī)接口設(shè)計(jì)隊(duì)伍和組織 414三、HFE實(shí)施過程和程序 416四、HFE問題跟蹤 416五、HFE技術(shù)大綱和里程碑 417第二節(jié)　人因工程學(xué)的分析階段 417一、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)評(píng)審 418二、功能要求分析和功能分配 418三、任務(wù)分析 421四、人員配備和資質(zhì) 427五、人的可靠性分析 427第三節(jié)　人因工程學(xué)的設(shè)計(jì)階段 429一、人機(jī)接口設(shè)計(jì) 429二、規(guī)程開發(fā) 432三、培訓(xùn)大綱開發(fā) 432第四節(jié)　人因工程學(xué)的驗(yàn)證和確認(rèn)階段 433一、目標(biāo)與范圍 433二、運(yùn)行工況取樣 433三、設(shè)計(jì)驗(yàn)證 434四、集成系統(tǒng)確認(rèn)試驗(yàn) 435五、HFE不符合項(xiàng)的解決 437第五節(jié)　人因工程學(xué)的運(yùn)行階段 438一、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 439二、人員效能監(jiān)測(cè) 439參考文獻(xiàn) 439第九章　犃犘1000的電廠布置與模塊化技術(shù) 440第一節(jié)　AP1000的電廠布置 440一、基本理念和總體布局 440二、核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)廠房 443三、附屬廠房 447四、柴油發(fā)電機(jī)廠房 448五、放射性廢物廠房 448六、汽輪機(jī)廠房 448第二節(jié)　AP1000的模塊化技術(shù) 448一、基本思路和主要特點(diǎn) 448二、三維設(shè)計(jì)和模塊化的耦合 449三、模塊化設(shè)計(jì) 450四、模塊化建造457附錄 460第十章　犃犘1000核電廠事故分析 472第一節(jié)　確定論安全分析的基本方法 472一、安全目標(biāo)和分析范圍 472二、假想事件及其分類 473三、用于事故分析的主要電廠特性和參數(shù) 475四、計(jì)算機(jī)程序 478五、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故分析中假設(shè)的非安全相關(guān)系統(tǒng) 480六、失去廠外電源的假設(shè) 480第二節(jié)　非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)的有效性驗(yàn)證 481一、非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的有效性驗(yàn)證 481二、非能動(dòng)安全注入系統(tǒng)的有效性驗(yàn)證 490三、失水事故后長(zhǎng)期冷卻的有效性驗(yàn)證 506第三節(jié)　嚴(yán)重事故現(xiàn)象分析與對(duì)策概述 511一、嚴(yán)重事故的物理進(jìn)程 511二、嚴(yán)重事故現(xiàn)象分析與對(duì)策的主要論題 512第四節(jié)　堆芯熔融物堆內(nèi)滯留 517一、堆芯熔融物堆內(nèi)滯留在AP1000設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 517二、反應(yīng)堆壓力容器的失效準(zhǔn)則 518三、堆內(nèi)熔化進(jìn)程和熔融物遷移 519四、傳熱關(guān)系式 520五、反應(yīng)堆壓力容器失效裕量的定量化 522六、堆腔注水（節(jié)點(diǎn)IR）分析 524七、壓力容器失效（安全殼事件樹節(jié)點(diǎn)VF）分析 526第五節(jié)　氫氣的產(chǎn)生、混合和燃燒分析 526一、氫氣分析的目的和范圍 526二、氫氣混合和燃燒的現(xiàn)象學(xué) 527三、氫氣分析中的主要假設(shè) 528四、氫氣的產(chǎn)生和混合 530五、氫的燃燒 533六、氫燃燒有關(guān)節(jié)點(diǎn)（頂事件）分析 534七、安全殼安全裕度基準(zhǔn) 538八、氫氣分析的基本結(jié)論 538第六節(jié)　設(shè)備可用性分析 539一、設(shè)備可用性分析的目的 539二、設(shè)備可用性的法規(guī)和導(dǎo)則要求 540三、時(shí)間窗口0和1的嚴(yán)重事故管理及其所需的設(shè)備和儀表 541四、時(shí)間窗口2的嚴(yán)重事故管理及其所需的設(shè)備和儀表 544五、時(shí)間窗口3的嚴(yán)重事故管理及其所需的設(shè)備和儀表 545六、嚴(yán)重事故的輻射環(huán)境條件 546七、嚴(yán)重事故的熱工水力環(huán)境條件 547八、設(shè)備可用性評(píng)價(jià) 548參考文獻(xiàn) 552第十一章　犃犘1000核電廠概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 555第一節(jié)　概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的發(fā)展歷史與基本內(nèi)容 555一、概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的歷史回顧 555二、核電廠概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的特點(diǎn)和目的 556三、AP1000概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基本內(nèi)容 557第二節(jié)　內(nèi)部始發(fā)事件 559一、內(nèi)部始發(fā)事件的確定和分組 559二、內(nèi)部始發(fā)事件（組）清單 560三、始發(fā)事件頻率的確定 564第三節(jié)　堆芯損傷事件樹 567一、堆芯損傷事件樹的分析步驟 567二、堆芯損傷事件樹分析方法 568三、堆芯損傷事件樹舉例：大LOCA事件樹 572四、轉(zhuǎn)移和派生事件 573第四節(jié)　故障樹和堆芯損傷定量化 574一、構(gòu)建故障樹的準(zhǔn)備 574二、確定基本事件的主要假設(shè) 575三、可靠性數(shù)據(jù)基礎(chǔ)577四、故障樹分析舉例：設(shè)備冷卻水系統(tǒng)故障樹 578五、堆芯損傷頻率（CDF） 580第五節(jié)　安全殼事件樹和裂變產(chǎn)物釋放定量化 583一、安全殼事件樹分析的主要目的 583二、安全殼事件樹的構(gòu)建 584三、頂事件（節(jié)點(diǎn)）問題和成功準(zhǔn)則 589四、安全殼事件樹定量化 590五、安全殼事件樹分析的主要結(jié)論 593第六節(jié)　裂變產(chǎn)物源項(xiàng)和廠外劑量風(fēng)險(xiǎn) 595一、裂變產(chǎn)物釋放源項(xiàng)分析 595二、廠外劑量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 597第七節(jié)　AP1000概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要結(jié)果與分析 601一、功率運(yùn)行下內(nèi)部始發(fā)事件對(duì)堆芯損傷頻率的貢獻(xiàn) 601二、功率運(yùn)行下內(nèi)部事件引起的大量放射性釋放頻率 610三、低功率／停堆工況下的堆芯損傷頻率和大量放射性釋放頻率 613四、內(nèi)部水淹和內(nèi)部火災(zāi)分析 616五、裂變產(chǎn)物釋放引起的廠址邊界劑量風(fēng)險(xiǎn) 617六、與運(yùn)行電廠和NRC安全目標(biāo)的比較 618第八節(jié)　降低電廠風(fēng)險(xiǎn)的主要設(shè)計(jì)措施和特性 619一、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)設(shè)計(jì) 620二、安全相關(guān)與非安全相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 620三、儀表和控制設(shè)計(jì) 622四、電廠布置 622五、安全殼設(shè)計(jì) 622第九節(jié)　停堆安全設(shè)計(jì)的改進(jìn) 625一、非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng) 626二、正常余熱排出系統(tǒng) 628三、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng) 629四、蒸汽發(fā)生器和給水系統(tǒng) 631參考文獻(xiàn) 631第十二章　犃犘1000的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì) 633第一節(jié)　平準(zhǔn)化發(fā)電成本與AP1000的首次建造 633一、平準(zhǔn)化發(fā)電成本的基本概念 633二、AP1000首座電廠的發(fā)電成本 634第二節(jié)　AP系列的規(guī)模效應(yīng)與學(xué)習(xí)效應(yīng) 636一、規(guī)模效應(yīng)與機(jī)組容量限制 636二、學(xué)習(xí)效應(yīng)與后續(xù)電廠發(fā)電成本預(yù)測(cè) 638第三節(jié)　技術(shù)進(jìn)步的經(jīng)濟(jì)效應(yīng) 641第四節(jié)　AP1000的運(yùn)行成本及其對(duì)電廠經(jīng)濟(jì)性的影響 643參考文獻(xiàn) 644第一版后記 645后記 647