PDF《RFA-2 燃料设计》

背景 西屋电气公司在核燃料组件的设计及制造方面拥有

40 多年丰富经验,在当今的电厂运行和商务环境 中,这 些丰富经验及燃料设计可以帮助核电厂实 现卓越的燃料可靠 性及性能.

坚固的 17x17 燃料 组件 (RFA-2) 已经 在世界范围内展示出非凡的燃 料性能. 说明 RFA-2 燃料组件可以提供当今竞争激烈的市场环境 中所需的较低周期成本.由于能增加磨蚀裕量、改 进传热性能以及增强排除杂物的高级功能,客户可 以完全信任燃料性能及其经济性. 磨蚀裕量 耐久性试验显示,RFA-2 的中间格架提高了格架对 燃料棒的磨蚀性能,相比之前的产品提升了四倍之 多.与燃料棒接触面的增加是格架对燃料棒磨蚀性 能增强的主要原因,自从引入了 RFA-2 格架设计, 格架对燃料棒的磨蚀破损没有发生过.此外,该组 件的 弹簧刚度更低,可降低静态及动态载荷,并且 弹簧 及凹痕的边缘几何形状也已得到改进,可降低 边缘 硬度. 传热能力的改进 RFA-2 的中间格架包含有高性能搅混翼,可以优化 冷却剂混合.混合能力的增强改进了偏离泡核沸 腾(DNB) 性能,并且降低了燃料棒热点,大家都知 道这些热点可造成燃料棒上的杂质沉积,以及堆芯 内的功率分布转移.通过利用高性能中间流动搅混 格架 (IFM),传热能力得到进一步增强.为减少燃 料包壳氧化及杂 质沉积,使用三个 IFM 能进行额 外的冷却剂搅混的格架, 改进了热工裕量,降低了 燃料棒的表面温度. RFA-2 燃料设计 ZIRLO? 套管 减少了燃料棒弯 曲的

718 合金 顶部格架

718 合金底 部格架 燃料棒上的细长 实心端部端塞 低钴西屋一体式 接管 (WIN) Optimized ZIRLO? 包壳 ZIRLO 格架 可改善结构稳定 性及耐不完全插 棒的厚套管 全面的减缓杂物: ? 标准杂物过滤器 底部 接 管(SDFBN) ? 坚固的保护性格架 (RPG) ? ZrO2 防护涂层 用于更高燃耗及 更长周期的高级 燃料棒: ? 可变节距的增 压弹簧 ? ZrB2 整体式 可燃吸收体 ? 富集环形轴向 转换区 RFA-2 燃料产品

2016 年2月NFCM-0009 ?

2016 西屋电气公司.保留所有权利 Optimized ZIRLO 及ZIRLO 为西屋电气公司、其子公司和/或分支机构在 美国的商标或注册商标,并且可能在世界其它国家也有注册.版权所有. 未经授权严禁使用.另外,其它名称为其各自所有者的商标 . 优势 RFA-2 燃料产品是基于西屋在设计及制造核燃料方面的丰富 经验和世界级领导力.该产品具有以下优势: ? 刚性结构,具备可抵抗燃料组件变形的裕量 ? 高接触面中间格架,增加了燃料棒磨蚀裕量 ? IFM 格架可增加 DNB 裕量 ? 高性能搅混翼格架 ? 高燃耗先进材质 C ZIRLO? 及Optimized ZIRLO ? 多层杂物防御 ? 高级一体化燃料可燃吸收体,可实现最佳的燃料循环经 济性 经验 RFA 和RFA-2 17x17 燃料已经在美国、西班牙、比利时、 法国、瑞典及南非的电厂得以运行,首个 RFA 燃料换料 发生于

1998 年,RFA-2 燃料在

2003 年开始使用.截止

2014 年 年末,56 个电厂使用了 RFA 或RFA-2 燃料,换 料循环超过了

400 个,组件个数为 2.2 万个,燃料棒个 数为

575 万多个.RFA/RFA-2 燃料已在

3 回路及

4 回路 17x17 的电厂得以使用,范围涉及不同冷却剂温度、流速及 入口流量分 布, 燃料组件长度为

12 英尺(配备及未配备 IFM 格架)以及 14英尺(未配备 IFM 格架). ZrB2 一体化燃料可燃吸收体 燃料周期的经济性对于所有电厂均非常重要,西屋的二硼化 锆(ZrB2) 一体化燃料可燃吸收体 (IFBA) 是实现改进燃料 周期成本的关键元 素.ZrB2 专为电厂能够在多种堆芯换料 设计及 运行方案中实现最优铀利用率而设计.IFBA 燃料棒 增强了功率分布,并且不会有残留毒物质引起的惩罚.其优 势 包括,提高了中子经济性和灵活性,增加了裕量对 峰值 因的限值,并且降低了燃料循环及乏燃料的 成本.相比其 他可燃吸收体而言,西屋 ZrB2 IFBA 的可预测性及经济性 均得到了提高. 增强了功率分布,并且不会残留有毒物质.其优势包括, 提高了中子经济性和灵活性,增加了裕量对峰值因子的限 值,并且降低了燃料循环及乏燃料的成本.相比其他可燃吸 收体而言,西屋 ZrB2 IFBA 的可预测性及经济性均得到了 提高. Optimized ZIRLO? 由于核工行业一直通过提高燃料卸料 燃耗及更激进的燃料管理方案 来寻求更长的运行周期,因 此对核燃料包壳的耐蚀性 能的要求就变得更为严苛.燃料 棒排列为 17x17 的RFA-2 包壳材质采用 Optimized ZIRLO 材料,与其他先前的燃料 包壳材料相比,该材料的耐蚀性 能已经证实得到了改良.优 化的锡含量可在降低腐蚀速度 的同时,具备保持机械强度以 及抵御异常化学状态产生的 加速腐蚀的优势.减少相关的腐 蚀形成,从而最大限度地 降低温度反馈效应,这可以为燃料 棒的内部压力设计标准 提供更多裕量. 增强排除杂物 RFA-2 使用了三层防护,包括:标准杂物过滤器底部接管 (SDFBN)、坚固的保护性格架及细长实心燃料棒底端端塞、 以及燃料棒氧化膜涂层. SDFBN 提供了防御杂物的第一道防线.SDFBN 的设计是为减 缓因杂物带来的燃料棒磨损故障,已经证实它在增强可靠 性、降低由维修及更换带来的成本方面非常有效. 位于 SDFBN 上面的一层是坚固的保护性格架 (RPG).RPG 是另一层杂物屏障,可以增加燃料的可靠性.任何通过 SDFBN 的杂物将被捕获在 RPG 面向细长实心燃料棒底 端端 塞的一侧.最后一层杂物防护通过涂敷一层氧化物涂层而 实现,该涂层对各燃料棒底部六英寸进行保护,因此 比未 加涂层的包壳更有耐磨性.三层防护加在一起增强了减缓杂 物 的程度.