EJ T 321-1998 压水堆核电厂堆内构件设计准则.pdf

1、ICS 27. 120. 20 J 27. 120. 10 F 69 备案号：2112-1998E.J 中华人民共和国核行业标准EJ /T 321-1998 压水堆核电厂堆内构件设计准则Design criterion of reactor internals for pressurized water reactor nuclear power plants 060525000777 1998-10-13发布1999-01-01实施中国核工业总公司发布EJ/T 321-1998 日u言压水堆核电广堆内构件设计准则自1989年1月1日实施以来，对我国压水堆核电厂堆内构件的设计起到很好的作用。但

2、近几年来，压水堆核电广堆内构件的设计技术和设计标准有了新的发展。为适应核电设计技术和标准的发展，特对EJ321-88进行修订。在对EJ321-88修订时，保留了EJ321-88中实践证明既适合我国情况又符合国际通用标准的条款。新增加了“设计工况下的载荷”和“材料选用要求”等内容。本版本在下列章节中有所增补或修改：一一2引用标准；一3定义；一4物项分级；一5功能要求；一一7力学设计准则；8水力设计准则；一9结构设计准则；一10接口设计准则。本标准从生效之日起，同时代替EJ321-88。本标准的修订由全国核能标准化技术委员会提出并归口。本标准起草单位：中国核动力研究设计院。本标准主要起草人：段远刚

3、、张振亚、谢重、曹锐。1 范围中华人民共和国核行业标准压水堆核电厂堆内构件设计准则Design criterion of reactor internals for pressurized water reactor nuclear power plants 木标准规定了压水堆核电厂反应堆堆内构件设计必须满足的准则。本标准适用于压水堆核电厂反应堆堆内构件的设计。2 引用标准EJ/T 321-1998 代替EJ321-88 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T

4、 16702-1996 压水堆核电厂核岛机械设备设计和建造规范3 定义本标准采用下列定义。3. 1 堆内掏件reactor internals 反应堆压力容器内除燃料组件及其相关组件、堆芯测量仪表和辐照监督管以外的所有堆芯支承结掏件和堆内结构件。3.2 堆芯支承结构件core support structures 在反应堆压力容器内支承或约束组成堆芯的燃料组件及其相关组件的结构件以及连接堆芯支承结构件和堆内结构件的接头（包括焊接接头和机械连接接头）。3. 3 堆内结构件internal structures 在发生假想的堆芯支承结构件失效后，用以支承或约束堆芯的结构件和堆内所有其它的结掏件。4

5、 物项分级4. 1 安全等级堆内构件属于安全级。4.2 质量保证要求堆内构件属于QAl级。中国辙工业总公司1998-10-13批准1999-01-01实施1 EJ /T 321 -1998 4.3 抗震类别堆内构件属于抗震I类。4.4 规范等级堆内构件适用的规范为GB/T16702-1996G篇。5功能要求s. 1 应可靠地支承、约束和精确地走位燃料组件及其相关组件。S.2 应为控制棒组件提供可靠的导向。在事故工况下，堆内构件的变形不应影响控制棒组件插入堆芯，以保证安全停堆。S.3 构成反应堆压力容器内冷却剂的几何通道。在运行状态下，应合理分配进入堆芯的冷却剂流量，并应有合理的几何通道引导反应

6、堆冷却剂通过堆芯，应有少量的旁通流量来冷却相关部件，应限制无效的漏流。在事故工况下，堆内构件的变形应不显著影响堆芯冷却剂的几何通道。5.4 为堆内测量系统提供支承和导向。s.s 和其官措施一起，应将反应堆压力容器内表面的快中子注量减少至允许水平。5.6 为反应堆压力容器辐照监督管提供支承。5. 7 适当补偿反应堆压力容器和堆内相关部件的制造和安装公差以及热胀差，并考虑构件在运行状态下的变形问题。s. 8 能量吸收器一在发生假想堆芯支承结构失效事故时，要能保护压力容器的完整性。6 材料选用要求6. 1 堆内构件的材料应符合现行国家标准，行业标准或适用规范的要求。6. 2 在长期辐照下，堆内构件材

7、料应能保持足够的力学性能及较低的活性积累，应尽量限制使用含有半衰期长、活化截面大及辐照后易脆化元素的材料。靠近堆芯受到强中子辐照的零部件，其钻含量应满足堆内构件设备规格书的要求。6.3选用的材料应与冷却剂有良好的相容性。6.4 材料应具有良好的工艺性能。6.5 材料应具有良好的辐照稳定性。7 力学设计准则7. 1 工况7. 1. 1 运行工况堆内构件在运行期间可以处于各种不同的工况，工况的分类按GB/T16702一1996G3100的有关规定执行。7. 1. 2 设计工况设计工况是以7.2. 2中定义的设计载荷为特征的一种工况。这些载荷是根据堆内构件在正常工况下所承受的最大载荷规定的。2 EJ

8、 /T 321 -1998 7.2 载荷7.2. 1 载荷条件在设计堆芯支承结构件时应考虑下列a）到k）项中的载荷，但不只限于这些载荷：a）反应堆冷却剂流动形成的压差：b）堆芯支承结构件的自重：c）其它结构，如堆芯、流量分配部件和围板、热屏蔽和安全设备等施加的载荷Ecl）地震载荷或由于反应堆压力容器移动所引起的其它载荷；的支承或约束的反作用力；f)温度效应、温度梯度和热胀差所引起的载荷pg）反应堆冷却剂流动和冲击所产生的载荷；h）由于主冷却管道破裂产生的瞬时载荷；i）振动载荷；j）控制棒驱动机构动作和对控制棒的缓冲作用所引起的载荷EU换料或在役检查过程中所产生的操作载荷。7. 2.2 设计载荷

9、设计载荷应遵循下列规定。7.2.2. 1 设计压差规定的设计压差不应低于正常运行工况下堆芯支承结构件的内侧和外侧间存在的最大压差。设计压差应包括压差波动的容许偏差。1.2.2.2 设计温度给定区域所取的设计温度不应低于正常运行工况下该区整个壁厚所出现的平均温度的最高值。当堆芯支承结构件的某一部分因受Y等射线辐照而被加热时，这种影响应在确定设计温度时考虑。7.2.2.3 设计机械载荷必须结合设计压差和设计温度来考虑设计机械载荷的组合和数值，这些应在设计规恪书中加以具体规定，同时还应满足下列要求：a）应考虑由内部或外部工况所引起的冲击。们在设计堆芯支承结构件时，应考虑地震的影响。分析中所用的载荷、

10、移动和循环次数，在设计规格书中应有专门的说明，地震效应引起的应力应与压差或其它载荷引起的应力同时考虑。c）堆芯支承结构件的布置和支撑应使振动尽量减小。7.3 运行工况下的载荷组合堆内构件应在下列载荷组合作用下（但不只限于此）可靠地执行它的功能。7. 3. 1 正常工况和扰动工况下的载荷组合运行基准地震载荷与7.2. 1中的a),b），心，e),f) ,g) ,i) ,j) ,k）项中相关的载荷应进行适当的组合。7.3.2 紧急工况下的载荷组合，、。EJ /T 321 -1998 假想的管道小破口时对堆内构件瞬态作用的载荷与7.2. 1中的川，b),c),e），口，g),i) ,j) ,k）项中

11、相关的载荷应进行适当的组合。7.3. 3 事故工况下的载荷组合安全停堆地震载荷加上假想的主管道破裂时对堆内构件瞬态作用的载荷与7.2. 1中的a) ,b) ,c) ,e) ,f) ,g) ,i) ,j) ,k）项中相关的载荷应进行适当的组合。7.4 应力设计准则7. 4.1 应力强度值Sm的确定依据为最大剪应力理论。7. 4. 2 应力强度值Sm为下列值中的最小值za）对铁素体钢z室温下规定的最小抗拉强度Su的1/3;设计温度下最小抗拉强度Su的1/3;室温下规定的最小屈服强度Sy的2/3;设计温度下最小屈服强度Sy的2/3。b）对奥氏体钢，镰锚铁含金，镖铁铝合金：室温下规定的最小抗拉强度Su

12、的1/3;设计温度下最小抗拉强度Su的1/3;室温下规定的最小屈服强度Sy的2/3;设计温度下屈服强度Sy的90%，但不超过室温下规定的最小屈服强度Sy的2/3。c）对螺栓紧固件材料z室温下规定的最小屈服强度Sy的1/3;设计温度下最小屈服强度Sy的1/3。7.5 应力强度限值当应力分析基于弹性分析法时，对不同工况所对应的应力强度限值规定如下：7.5. 1 设计工况7.5.1.1 总体一次薄膜应力强度不大于1.OSm; 7.5.1.2 总体一次薄膜应力加一次弯曲应力强度不大于1.5Sm。7.5. 2 正常工况7.5. 2. 1 总体一次薄膜应力强度不大于1.OSm。1.s.2.2 总体一次薄膜

13、应力加一次弯曲应力强度不大于1.5Sm。7.5.2.3 总的一次加二次应力强度范围不大于3.OSm。7. 5.2.4 扰动工况正常工况下规定的应力强度限值应适用于扰动工况下应力强度限值。此外，如果指定在要求符合扰动工况下的压力超过设计压差，正常工况下规定的应力强度限值应乘以系数1.1。7.5.2.S 特殊应力限值包括：的支承应力限值由最大载荷所引起的平均支承应力，限值应在工作温度下的材料屈服强度以内。当距自由端的距离大于施加载荷的距离时，平均支承应力允许达到材料屈服强度（Sy）的1.5倍，4 EJ/T 321-1998 并应考虑受压件的屈服和失稳问题。当支承载荷施加在临近自由端处时，如在伸出的

14、凸缘处，应考虑剪切失效的可能性。当只有机械载荷应力时，平均剪应力不应大于o.6Sm。当机械载荷应力加上二次应力时，平均剪应力不应大于0.5Sy(40）和工作温度下0.675Sy这两者的最小值。销钉或类似构件上的所有支承应力不应大于工作温度下1.OSy o b）纯剪应力限值由于在一个截面内施加纯剪切载荷（如销，键，剪切环，螺纹等）而引起的平均一次剪应力不应大于0.6Sm; 所产生的最大一次剪应力不应大于0.8Sm。应把一次加二次和峰值应力转换成应力强度等于纯剪应力的两倍），不应超过3.OSm。7. s. 2. 6 对经受随时间变化而波动的机械载荷或热载荷的构件，当应力强度超过弹性限值，并可能造成

15、该构件的失效时，应对该构件进行必要的疲劳分析，其累积疲劳损伤系数不应超过1。7. 5.3 紧急工况7.5.3. 1 总体一次薄膜应力强度不大于1.5Sm。7.5.3. 2 总体一次薄膜应力加一次弯曲应力强度不大于2.25Sm。7.5.4 事故工况7.5.4. 1 总体一次薄膜应力强度不应大于2.4Sm和o.7Su这两者中的较小值。7. s. 4. 2 局部一次薄膜应力强度不应大于总体一次薄膜应力强度限值的150%。7.5.4.3 一次薄膜（总体或局部加一次弯曲应力强度应按下述规定中的一种进行限制：的应不超过总体一次薄膜应力强度限值的150%。b）静载荷（或当量静载荷应不超过用屈服应力（2.3S

16、m和O.7Su中的小者所得极限分析破坏载荷的90%、或者塑性分析破坏载荷及试验破坏载荷的100%。7. s. 4.4 承受纯剪切的截面上的平均一次剪应力不应大于o.42Su。7.6 螺栓紧固件应力限值7.6. 1 设计工况仅由施加在紧国件的设计机械载荷产生的平均应力强度不应大于1.OSm。7. 6.2 正常工况和扰动工况a）沿紧固件杆身截面或沿螺杆端截面的平均薄膜应力不应大于工作温度下最小屈服强度（Sy）的0.9和工作温度下材料抗拉强度（Su）的2/3这两者中的较小值。b）当螺纹承受纯剪切载荷时，其平均一次剪切应力不得大于工作温度下最小屈服强度Sy）的0.6。c）紧固件头部下侧的支承应力平均值

17、不应大于工作温度下最小屈服强度（Sy）的2.7 倍。d）如果要求密封连接，则由预加载荷引起的应力应大于除此预加载荷外的一次加二次薄膜应力7.6.3 最大应力5 EJ /T 321-1998 a）由所有一次载荷和二次载荷组合所引起的最大一次薄膜和弯曲应力加上二次薄膜和弯曲应力强度不应大于7.6. 2a）限值的1.33倍。b）紧固件安装时，由于扭转所产生的薄膜应力强度的最大值不应大于7.6. 2a）中在安装温度下的极限值的1.2倍。7.7 变形准则7. 7. 1 在正常运行载荷作用下，堆内构件的变形应限制在允许范围内。7. 7. 2 在正常运行载荷加上运行基准地震CSLl）载荷作用下，堆内构件不应

18、发生永久变形7. 7.3 在正常运行载荷加上安全停堆地震（SL2）载荷作用下，虽然允许堆内构件发生永久变形，但不应丧失其功能。7.7.4 在正常运行载荷加上安全停堆地震载荷、再加上主管道破裂载荷作用下，为确保足够的控制棒插入堆芯和足够的冷却剂冷却堆芯，应限制堆内构件的最大挠度。8 水力设计准则8. 1 进入堆芯的冷却剂的总流量应满足热工水力设计要求。8. 2 进入堆芯的反应堆冷却剂流量应合理分配，流量不均匀系数应满足热工水力设计要求。8.3 根据要求，应有一小部分冷却剂进入反应堆压力容器顶盖区域，以冷却反应堆压力容器顶盖。8. 4 根据要求，应有一小部分冷却剂流入围板和吊篮之间，以冷却相关部件

19、，并要求围板内外侧的压差尽可能小。8.S 应尽量避免死水区。8.6 正常运行时，反应堆冷却剂横向流动所产生的力不应妨碍控制棒的自由运动，不应产生能引起有害振动的载荷。8.7 堆内冷却剂的几何通道应有利于事故停堆期间依靠自然循环使堆芯得到适当冷却。8. 8 应限制无效漏流。8.9 堆内构件不应导致或助长产生水力流动的不稳定。9 结构设计准则9. 1 堆内构件的结构设计在确保其功能要求前提下，结构应简单可靠，尽量减少机械连接件的数量；应便于制造、调试和安装。9.2 堆内构件的焊接结构设计应满足适用规范的要求。9.3 应确保控制棒导向筒组件的导向性能。9.4 堆内构件的结构设计应方便换料、在役检查和

20、维修。9.S 堆内构件中使用的螺钉、螺帽、销钉等连接件都要有可靠的防松措施。9.6 应避免流致振动导致结构失效f在吊篮下端应设置一定数量的止挡装置以限制振动幅度和扭转。6 EJ/T 321-1998 9.7 与反应堆冷却剂接触的主要部件的自由表面粗糙度R.应不高于3.2m。10 接口设计准则10. 1 堆内构件的设计应满足控制棒驱动线的对中要求。10.2 围板和燃料组件之间的间隙应能满足热工水力设计要求和燃料组件装卸要求；与燃料组件相配的定位销等掏件应满足互换性要求。10.3 吊篮出口管嘴与反应堆压力容器出口接管之间应留有适当的间隙，既要满足热工水力设计要求，又要在冷态时保证堆内梅件的吊装和在热态时防止过盈。10.4 堆内构件与反应堆压力容器的装配应有可靠的径向、周向定位和支承；定位和支承应可靠，应减少部件的振动和撞击，不应有咬合，卡住和松动。10.5 堆内构件应满足压力容器辐照监督管的接口要求。10.6 堆内构件应满足堆内测量系统的接口要求。7 ”AmAm酬l】NmH同国