DB34∕T 3574.1-2019 聚变装置铁磁性系统结构设计准则第1部分：总体设计(安徽省).pdf

TCS 27.120.10 F 61 DB34.l-.文徽省山巳ET且，万标准DB 34/T 3574.1-2019 聚变装置铁磁性系统结构设计准则第1部分:总体设计Structural design criteria of ferromagnetic system for fusion device Part 1:General design 2019-12-25发布2020-01-25实施安徽省市场监督管理局发布目IJ1=1 聚变装置铁磁性系统结构设计准则分为以下8个部分:第l部分:总体设计:一一第2部分:包层系统:第3部分:偏滤器系统;一一第4部分:管林系统:第5部分3Sm规则:一一第6部分:疲劳寿命评判方法:第7部分:制造与检测:一一第8部分:辐射屏蔽:本部分为第1部分。本部分按照GB!T1.1-2009给出的规则起草。本部分由中国科学院等离子体物理研究所提出。本部分由安徽省核聚变工程技术及应用标准化技术委员会归口。DB34/T 3574.1-2019 本部分主要起草单位:中国科学院等离子体物理研究所、安徽省质量和标准化研究院。本部分主要起草人:雷明准、王万景、刘松林、徐士申、卵鑫、陆坤、陈洁鹤。DB34/T 3574.1-2019 聚变装置铁磁性系统结构设计准则第1部分:总体设计1 范围本部分规定了聚变装置铁磁性系统总体设计中的术语和定义、设计要求、RAMI要求、安全要求。本部分适用于聚变装置铁磁性系统结构设计的所有阶段，是包层系统、偏滤器系统和管林系统等在设计、制造检测及辐时屏蔽的总体要求。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，叉所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 4960.9-2013 核科学技术术语第9部分:磁约束核聚变GB.50011 建筑抗震设计规范GB.50169 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范GB.50223 建筑工程抗震设防分类标准DB34/T 2734.1-2016 托卡马克聚变堆部件兼容性设计与评估技术指南第1部分:设计3 术语和定义GB/T 4960.9-2013、DB34/T2734.1-2016界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用，以下重复列出GB/T4960.9-2013、DB34/T2734.1-2016中的某些术语和;主义。3.1 磁约束核聚变magnetic confinement fusionj MCF 利用强磁场将高温度和高密度等离子体约束足够长的时间而产生的核聚变反应，可以通过托卡马克、仿星器、反场箍缩、Z箍缩以及。箍缩等途径实现。3.2 3.3 GB/T 4960.9-2013，定义2.1.1 托卡马克Tokamak 环流器意为环形真空磁室，托卡马克一词来自俄语的单词缩写。注:其磁场是由环形面上的螺旋形力线构成的，由外部场线固和等离子体自身电流产生。运今是在等离子体的磁约束研究中最成功的装置类型。GB/T 4960.9-2013，定义2.1.284J DB34/T 3574.1-2019 3.4 真空室vacuum vessel j VV 在聚变装置中为获得等离子体而提供的高真空容器。GB/T 4960.9-2013，定义2.4.72J真空室内部件in-vessel component 直接安装于托卡马克真空室内的部件，如包层、偏滤器、部分加料系统、内部抽气系统、诊断传感器等。3.5 3.6 3.7 GB/T 4960.9-2013，定义2.2.63J 包层blanket 在聚变堆堆芯周围将聚变能转变成热能和生产侃的结构。GB/T 4960.9-2013，定义2.4.10J增殖包层breeding blanket 通过捏俘获聚变中子来增殖航的包层结构OGB/T 4960.9-2013,2.4.16J 偏滤器divertor 磁约束聚变装置中，为分散热功率、排除燃料及氢灰、消除或减少杂质、隔离边界产生和分开系统特意加入的杂质等而设置的装置。3.8 3.9 3.10 3.11 2 管林pipe forest 真空室内所有用于包层、偏滤器冷却管道及侃提取管道等的集成。遥操作remote handl ingj RH 通过机电设备控制在聚变堆中远距离操作的活动，又称远程操作。DB34/T 2734.1-2016，定义3.8J 第一壁f i r st wa I I j FW 在等离子体约束实验装置或聚变电站中，直接面向等离子体的真空室内部部件保护层。DB34/T 3574.1-2019 制造与检测manufacture and test 通过工艺预研(如:浇铸、爆炸焊、热等静压、高温轩焊和中温胀管热扩散焊接等)，利用机械设备加工生产并经检测(如:无损检测、高热负荷测试、力学性能测试和中于屏蔽测试等)后，得到满足聚变装置运行要求的合格产品。3.12 辐射屏蔽radiation shield 在聚变装置中，指利用屏蔽结构(包括专用屏蔽体、包层、真空室及托卡马克主机其他结构)减弱聚变中子及其次级光子，从而确保(超导)磁体的核载荷低于相应的设计目标值、确保各内部部件、真空室本体、真空室窗口及其插件的辐照损伤安全，确保主机运行期间、停机维护期间工作人员及公众所受的辐照有效剂量低于相应的设计目标恒。3.13 RAMI分析RAMI analysis 一种托卡马克聚变堆可靠性(持续正常的运行)、可用性(随时都可以正常运行)、可维护性(可以进行维护和更换)和可检测性(可以进行检测和控制)评价的分析。3.14 遥操作等级remote handl ing class 聚变堆遥操作对象的等级划分。DB 34/T 2734.1-2016，定义3.9J4 设计要求4.1 材料4.1.1 包层和偏洁、器的结构设计应采用低活化铁磁性材料。4.1.2 材料选择应与获得和维持高真空度的要求相一致。材料应有它们对应运行条件(温度、应力、中于损伤剂量等)下的完备特征的机械和力学性能。4.2 模块化4.2.1 部件应具有与遥操作设备、等级相匹配的设计万案。4.2.2 焊接、轩焊、螺栓等连接接头宜设计在部件模块内，同时应考虑标准件的更换性。4.2.3 模块化部件应符合相关进出窗口的尺寸、形状要求。4.2.4 包层和偏滤器宜采用模块化设计。4.2.5 直采用统一的焊接或切割方法。4.3 载荷4.3.1 部件支撑或吊点在满足部件的定位和连接强度要求的前提下应尽量控制局部厚度。4.3.2 部件安装时应优先采用垂直和长直路线传递载荷。4.4 位形3 DB34/T 3574.1-2019 4.4.1 包层第一壁形状应与等离子体位形合理匹配，满足物理设计要求。4.4.2 增殖包层第一壁与等离子体位形最外层磁面的距离应满足设计要求。4.4.3 偏滤器结构应具备适应不同偏滤器位形的能力，应与聚变装置不同阶段的运行模式相一致。4.5 热负荷包层系统和偏滤器系统应能符合设计的高热负荷要求。4.6 寿命内部部件结构设计寿命应大于或等于聚变装置内部部件维护周期。4.7 氟储存真空室内部件侃滞留量应满足设计要求。4.8 真空4.8.1 主真空室及其内部部件的总体漏率应满足聚变装置的运行要求。4.8.2 主真空室边缘的脆弱位置(例如法兰，波纹管等)应具备泄漏检测的条件。4.8.3 包层及其组件在安装前后都应进行冷热真空泄漏检验。材料、设计、容差不口表面抛光等应满足真空和排气要求。4.8.4 装置运行前应把包层、偏滤器及其它相关组件烘烤至设计要求。4.8.5 增殖包层和偏滤器的总体漏率应符合设计要求。4.8.6 包层和偏滤器安装到真空室内之前，每个音1日件都应进行烘烤并满足出气率要求。4.8.7 内部部件烘烤后，对于主真空室内除了氢种类以外的所有杂质气体，室温时允许出气率应符合设计要求。4.8.8 从偏滤器盒体的底部狭槽到低温泵的总体流导应符合设计要求。4.8.9 偏滤器冷却剂管道和仪表号|线的设计应与真空室内高真空度的要求一致。4.9 化学4.9.1 所有部件和回路都应与冷却剂的化学要求相匹配。4.9.2 均匀腐蚀及其腐蚀质量传递应最小化。4.9.3 材料和环境不应产生局部腐蚀损伤，如点蚀、应力腐蚀裂纹或显著的电腐蚀。4.10 地震4.10.1 抗震设防的所有建筑应按GB50223确定其抗震设防类别及其抗震设防标准。建筑的抗震设计应符合GB50011的要求，除应符合上述要求外，应符合国家现行其他有关标准的规定。4.10.2 应通过在支撑轨道上施加符合建设地地震等级的地震谱进行内部部件的地震分析，通过建筑和真空室(包括包层、偏滤器、营林及其他内部部件的简化模型)的动力学响应分析进行谱的估算。4.11 接地和绝缘4.11.1 应符合GB50169的要求。4.11.2 每个偏滤器盒体、包层和管道应该至少与真空室有一处电连接(接地)。4.11.3 电连接设计应能承受最大预期电流。5 RAMI要求4 DB34/T 3574.1-2019 5.1 可靠性5.1.1 应建立经过可靠性验证的元器件数据库，供设计时选用。5.1.2 数据库中没有的元器件，应根据潜在运行极端工况进行严格的可靠性测试，通过测试后，可更新数据库。5.2 可用性偏滤器、包层和营林系统应满足冷却剂高温、高压、大流量要求，同时也应具备抗冲刷、抗腐蚀、耐辐照、低活化等可用性要求。5.3 可检测性组成包层系统、偏滤器系统和管林系统的管道和阀应具备可检测性。5.4 可维护性各部件、管道等元器件宜采用标准化设计，具有可维护性。6 安全要求6.1 系统设计应考虑潜在的安全风险。6.2 系统设计应使维护人员能够安全方便地进行系统维护。6.3 在突然断电时，应保证系统安全。6.4 系统设计应考虑涉及安全性组件的测试和检查。6.5 fr测试及调试中应有符合相关安全要求的警示标识。6.6 对装置运行过程中的突发事件，应有紧急应急预案，见附录Ao6.7 被污染的包层、偏滤器和营林等部件应进行妥善处理。5 DB34/T 3574.1-2019 附录A(资料性附录)失效模式、影响级别和应对措施表A.1 失效模式、影响级别和应对措施序号失效形式影响级别应急措施I 2 3 4 5 6 6 等离子体破裂造成内部部件破坏A 启动急停，关闭各系统，进行维修内部部件冷却剂管道破裂，造成冷却剂的启动岩、停，关闭主机，断开冷却回路，对损坏部件进A 大量泄漏行维修内部部件国长期运行，连接结构松动，影启动急停，关闭各系统，检查各连接结构，进行维修B 响装置正常运行因辐射造成材料结构受损，无法维持正常启动急1亭，关闭主机系统，对损坏的结构材料进行吏换B 的功能需求内部部件抽气系统发生故障，导致真空度启动急1芋，关闭主机，对抽气系统进行维修C 无法满足要求内部部件有碎片，微粒脱落，影响托卡马关闭主机，对内部洁净度进行检测，直至满足要求C 克聚变装置主机I正常运行注1:影响级别A非常严重，会导致各系统损伤或损失B严重，会破坏装置主机运行c普通，会损坏系统本身，需要及时修复。注2:所有失效模式需要评其概率发生等级，并根据其影响级别高低指导设计，设立不同的安全系数，保证主机的正常运行。