EJ T 1137-2001 压水堆核电厂反应堆控制棒驱动机构设计规范.pdf

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1、ICS 27. 120.20 F 69 EJ 中华人民共和国核行业标准FL 2110 EJ/T 1137-2001 压水堆核电厂反应堆控制棒驱动机构设计规范Design Specification for PWR c。ntrolr。ddrive mechanism 060531000056 2001一门一15发布2002一02-01实施国防科学技术工业委员会发布EJ/T 1137-2001 目次前言.”.“.III l范围2 规范性引用文件3 术语4 设计5材料.6制陆与验收.67 安装.”8使用维修.EJ/T 1137-2001 前言本规范适用于压水堆核电厂控制棒驱动机构的设计。编写的主要依

2、据为国内现有压水堆核电站用控制棒驱动机构的研制开发和产品设计、制造、安装调试及运行的经验总结，并参考了美国西屋公司及法国法马通公司等有关资料。编写中本着必须满足设计的核安全规范，力求先进但又不失在国内实施的可行性，对设计和设计相关的各个方面作了概要的规定。其中包括设计输入所需的设计准则和主要环境、性能及接口参数，设计过程中必要的程序，设计输出的基本内容，与设计相关的材料、制造、安装和使用维修方面的要求。本规范内容应该说是控制棒驱动机构必须符合的基本要求。具体实施时可根据这些要求制定相应的技术条件用于工程设计。本标准由全国核能标准化技术委员会提出。本标准由核工业标准化研究所归口。本标准起草单位：

3、上海核工程研究设计院。本标准主要起草人：吕玲玲、邵勇、景益。l I l 1 范围EJ厅1137一2001压水堆核电厂反应堆控制棒驱动机构设计规范本标准规定了压水堆核电厂反应堆控制棒驱动机构的设计及与设计有关的材料、制造、验收、安装和调试运行方面的技术规范要求。本标准适用于磁力提升直线步跃式控制棒驱动机构。2 规范性引用文件下列规范性文件中的条文通过本标准的引用而成为本标准的条文。下列注日期或版次的引用文件，其后的任何修改单或修订版均不适用于本标准，但提倡使用本标准的各方探讨使用其最新版本的可能性：下列不注目期或版次的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T 16702一1996压水堆核电厂核

4、岛机械设备设计规范GB 17569-1998 压水堆核电厂物项分级HAF 0400-91 核电厂质量保证安全规定HAF. 0053-1997 核设备抗震鉴定试验指南EJ/T 1012-1996 压水堆核电厂核岛机械设备制造规范EJ/T 1027一1996压水堆核电厂核岛机械设备焊接规、范盯IT1039-1996 核电厂核岛机械设备无损检验规范ASME-BPVC-III 锅炉及压力容器规范核动力装置设备建造准则RCC-M压水堆核岛机械设备设计和建造规则3 术语本章无条文。4 设计4. t 功能要求控制棒驱动机构是反应堆上用以带动核反应性控制棒组件在堆芯范围内作所需的位置变动或保持，从而达到控制反

5、应堆功率水平的设备。因此，控制棒驱动机构的主要功能有两个方面。一是驱使控制棒组件在堆芯内作升降运动或将控制棒组件保持在运行行程范围内的任一选定位置，从而达到反应堆启动、运行和关闭时核裂变的控制，最终获得堆功率的控制：二是释放控制棒组件使之落入堆芯，从而使反应堆紧急停堆。为此，其功能要求分两个方面：a）驱动机构应使控制棒组件在全驱动行程范围内运行自如，持棒可靠，不允许因驱动机构原因EJ!f 1137一2001而有提不起、失步、掉棒和卡棒现象：b）驱动机构应能在运行偶发事件、地震和假想事故工况期间或之后能执行其停堆功能。即驱动机构应能使处于任意行程位置或正在作升降运动的控制棒组件作紧急停堆释棒落棒

6、，不允许因驱动机构原因而产生滞棒、卡棒现象。4.2 设备组成和分级本设备由五大部件组成。它们是驱动杆部件、钩爪部件、耐压壳部件、磁辄线圈部件和位置指示器部件。根据GB/T17569，本设备的分级见表1.表1设备的分级部件安全等级抗震类别规范等级或适用规范质量保证等级耐压亮SC-1 抗震I类l级，GB/T16702 B篇QAl 其它SC 抗震I类QAl 注：其它部件尚无相应规范分级4.3 设计依据4.3. 1 使用环境条件4. 3. 1. 1 使用温度和压力控制棒驱动机构在反应堆上使用一般以承压部件为界，内外分两种不同的使用环境条件。压力边界内参照满功率正常运行时的反应堆冷却剂的温度和压力，界外

7、参照反应堆大厅环境的设计温度和温度。4.3. 1.2 辐照剂量辐照剂量应参照反应堆正常运行时驱动机构所在部位的最大辐照水平，并考虑各零部件寿期内的累积剂量影响。4. 3. 1. 3 地震荷载地震荷载应参照反应堆结构地震荷载分析计算结果4.3.2 基本性能参数4.3.2. 1 设计温度设计温度应大于或等于反应堆冷却剂系统CRCS）在正常运行工况下的最高温度。对某些可更换的电气、密封零部件设计温度可根据制造、环境、业主要求等综合因素而确定。4. 3. 2.2 设计压力设计压力应大于或等于RCS设计压力。4.3.2.3 设计负荷设计的提升负荷应大于实际负荷。除所需带动的控制棒组件外，实际负荷还包括设

8、备本身与控制棒组件连接作同样运动的随动件重量和驱动行程中的磨擦力和水力阻力。4.3.2.4 行程2 EJ!f 1137-2001 行程应根据反应堆控制棒组件在堆芯中所需位置变化范围而确定。4.3.2.5 运行速度（额定速度）运行速度应满足反应堆反应性控制所需的设计值。一般还要求驱动机构能在额定运行速度内作可调速运行。4. 3.2.6 释棒时间释棒时间是由驱动机构的电控系统发出停堆指令时刻到控制棒组件完全脱离原有状态开始下落的动作状态为止的一段时间间隔，或者称其为动作延迟时间。这段时间是反应堆控制棒驱动系统停堆落棒时间的一个组成部分，但所占份额极小，应不大于0.15s. 4. 3.2. 7 耐久

9、性耐久性为驱动机构能保持其正常功能的持久能力，常用寿期表示。对不同的部件将由不同的指标描述。承压部件的耐久性指标为工作年。一般要求与反应堆压力容器同寿期。承受运行磨损的驱动部件耐久性指标可以用累积动作次数或累计行程表示。设计验证值应大于或等于反应堆寿期内预期运行次数或累计行程的两倍。否则允许在实际堆上运行次数或累计行程达设计验证值一半即应予以更换。与控制棒组件相连接的随动部件耐久性应包括三个方面。一是行程次数，其值应与上述驱动部件相匹配。二是落棒次数，其设计验证值也应满足反应堆寿期内预期量的两倍。三是与控制棒组件连接与脱卸动作的次数，其设计验证值一般远大于反应堆寿期内预期值而不作规定。其它可更

10、换部件，特别是电气动力部件，其耐久性指标不必一定与上述部件同寿期，但其寿期应大于换料周期的倍数。4.3.3 完整性驱动机构的耐压壳部件应有足够的强度裕量和耐疲劳性能。它们作为反应堆冷却剂系统压力边界应保持完整性和密封性。其设计应满足GB/T16702-1996中B篇的要求。4.4其它要求4.4. 1 控制棒驱动机构的结构设计应便于检修和部件更换。其中，磁辄线圈和位置指示这两个电气部件应可在反应堆热态工况下拆装。4.4.2 控制棒驱动，机构应设计成在反应堆上可单台拆装。同种零部件应具有互换性。4.4. 3 驱动杆部件与控制棒组件的连接应既牢靠又便于远距离操作工具作连接或脱卸操作。4.4.4 耐压

11、壳部件的顶部应设有排气装置。4.4.5 电气部件直采用密封结构。在正常运行工况下应具有密封性能。4.4. 6 为降低磁辄线圈部件的运行温度，可采用强迫空气冷却。4.5 接口条件接口条件应包括下列主要方面：a）与反应堆堆芯布置的关系（中心距，高度）；EJ厅1137-2001 b）与反应堆压力容器顶盖适配件的连接和密封：c）与反应堆堆内构件相关的结构尺寸关系；d）与控制棒组件的连接和脱卸：e）与棒控系统、棒位指示系统的参数匹配和连接：f）与驱动机构通风冷却系统装置的结构尺寸参数的配合：g）防震、排气等结构与反应堆厂房其它结构构造的关连。4.6 设计程序设计应遵照设计准则，以充分和明确的设计f&据为

12、设计输入条件，经过结构设计、材料选定、设计验算等初步设计过程方可作出详细的施工设计及审定。产品的施工设计一般必须以验证合格的成熟样机为基础。4. 7设计输出设计输出应包括下列项目和范围。4. 7. 1 施工设计图纸施工设计图纸是控制棒驱动机构产品的零件制造、部件装配、总装和安装的主要施工依据。其中包括总图、部件图、零件图和安装图等。4. 7.2 设计计算书设计计算、验算书是设计过程中必要的设计内容，也是设备安全可靠性和性能特性的重要验证表征。对耐压壳部件必须按安全l级和抗震I类设备，按GB/T16702-1996中B篇或ASME-BPVC-IIINB 篇进行分析和设计。分析主要包括各种运行工况

13、载荷条件的确定、各种载荷组合和使用限制的确定、应力强度计算和评定、疲劳分析和评定、断裂分析和评定、失效分析和评定。其它设计计算主要有冷热态尺寸计算、电磁弹簧力计算和运动分析、发热和冷却通风计算、重要零件的强度和疲劳验算。4. 7.3 制造技术要求文件制造技术要求文件是与产品施工图相配套的对材料、加工、装配、检验、试验、清洁和包装等提出特殊补充或详细要求的文件。该文件一般包括总的制造规格书、各部件技术要求、特种材料技术规格书、材料和零件热处理技术条件、零件表面处理技术条件、无损检验技术要求、水压试验技术要求、出厂验证试验技术要求、清洁度技术要求、包装贮存运输技术要求等。4. 7.4 安装技术要求

14、文件安装技术要求文件是现场安装施工的重要技术文件。它应包括去装准备条件（安装图纸、产品条件、场地要求、安装用设备工具吊具器材的置备和调试、人员资格条件等）、安装操作程序、安装技术要求、操作注意事项、安装检验试验项目及要求等。4. 7.5 使用维修说明书4 EJ.厅1137-2001使用维修说明书应至少包括如下内容za）结构描述及图示：b）主要参数、性能指标：c）工作原理：的现场安装：e）使用条件及操作、检验、维修所需的专用设备、专用工具和器件清单：f）操作程序及要求：g）定期检查和试验：h）故障类型表征、原因分析和排除方法：i）拆检与更换；j）备品备件清单。4. 8设计验证设计验证是检验和表征

15、一项新型控制棒驱动机构设计满足设计性能参数及核安全要求的必要手段。对于承压部件安全可靠性及寿期可通过上述计算书中有关的强度和疲劳计算分析及评定得以验证。对于功能和性能参数的验证则须通过整机的模拟冷、热态反应堆正常运行工况条件下的性能试验。其中耐久性验证时，对易磨损部件须通过累计运行试验，对一些电气绝缘和密封件则可用相关行业规范（或试验并考虑耐辐照指标加以验证对于新设计的或具有新构型的控制棒驱动机构设计必须通过相应的型式试验验证。须论证验证试验的模拟运行工况参数是满足实际反应堆运行工况的。验证还应包括抗震鉴定。抗震鉴定试验可参照HAF.J0053。5 材料5. 1 承压部件承压部件所用材料的选择

16、均应遵照崎岖BPVC-III或RCC-MM篇的有关规定。除一些排气阀之类的小件，均应由奥氏体不锈钢制作。5.2 与反应堆冷却剂相接触的零部件所有浸泡在反应堆冷却剂中的零件均应由耐反应堆冷却剂腐蚀作用的材料制作。钻基合金材料的使用应降低到结构工艺可能的最低限度禁用表面渗氮、铝和铝合金、补焊及含卤素的材料。5.3 不与反应堆冷却剂相接触的零部件非不锈钢类结构材料制作的零件应有表面防护环境介质腐蚀的措施。铜及其合金材料的使用应降低到设计所需最低限。、EJ厅1137-2001非金属（电绝缘、密封等）材料应具有满足或超过设计值的耐温、耐湿、耐辐照性能。司制造与验收6. 1 备料所购材料必须具有产品质量证

17、明文件。采购后还应进行复验，复验合格后方可使用。6.2 加工制造和检验产品制造应遵照施工设计图纸、设计技术文件和EJ/T1012。并应满足下列要求：a) 毛坯下料应避免热加工，否则需留足余量。零件加工过程中不允许补焊：b) 被加工零件必须作标记和工艺流程记录，并保持到最终加工和装配，以保证其选用材料和实施工艺的可追溯性。重要零件还须保留永久标记并注意标记位置不影响零件的装配性能：c) 重要零件加工、组件和部件装配及验证试验应安排重点控制和检验：d) 热处理及表面处理必须有工艺文件和操作记录：的焊接必须遵照盯IT1027: f) 无损检验必须遵照EJ/T1039: g) 制造中的不符合项应按HA

18、F0400中的有关规定处理6. 3验收验收包括制造文件验收和产品验收。制造文件必须齐全井证明满足设计文件（及合同规定的要求。产品验收的主要技术项目是检查产品出厂验证试验。出广验证试验有局部验证试验和整机性能验证试验。局部验证试验项目主要有：a）耐压壳部件水压试验：b）主要弹性件的疲劳试验：c）工作线圈绝缘结构热老化试验（必要时）。整机性能试验须在鉴定合格的试验台架上进行，必须验证的项目有：a）常温常压条件下逐台机构的性能试验：运行曲线是否与设计验证试验相符，释棒时间是否满足设计参数，电气性能是否满足设计要求：b）在逐台性能试验的基础上选出一至二台模拟反应堆运行工况进行一定量的功能和性能试验，其

19、要求应符合设计参数，运行曲线应符合设计验证试验的特性。1 安装现场安装必须遵照设计规定的安装技术要求。其中与反应堆压力容器顶盖适配件之间的连接、连接密封焊及单机水压试验为安装的三个主要环节。6 安装前必须制定施工工艺文件和操作规程，并按设计要求作相应的人员培训和考核。机构与反应堆压力容器之间的连接力应有检验。禁用设计规定以外的润滑剂。EJ厅1137-2001连接密封焊必须通过工艺评定，并作无损检验。单机水压试验应防止对机构特别是排气密封结构的损坏。8 使用维修控制棒驱动机构在反应堆上的操作运行应根据使用维修说明书制定相应的操作规程和检查维修制度。操作维修人员应将机构的全部调试运行历程和维修内容完整地记录在案，其中包括所有的测试记录曲线和数据。对不符合设计要求的运行性能及故障应确认故障原因，在故障排除井验证后方可投入正常运行。7 CON卜例HK飞同凶