核电厂系统与设备 复习大纲

1、核电厂系统与设备复习资料第一章：绪论1、从能源的供应结构来看，目前世界上消耗的能源主要来自煤、石油、天然气三大资源， 不仅利用率低，而且对生态环境造成严重的污染。2、为了缓解能源矛盾，除了应积极开发太阳能、风能、潮汐能以及生物质能等再生能源 外，核能是被公认的唯一现实的可大规模替代常规能源的既清洁又经济的现代能源。3、按慢化剂分类：轻水堆（压水堆和沸水堆）；重水堆；石墨堆。沸水堆：效率高。缺点：水有放射性压水堆：汽水分离再热器。再热：提高干度。回热：提高效率第二章：压水堆核电厂2 .1概述1、从生产的角度讲，核岛利用核能生产蒸汽，常规岛用蒸汽生产电能。核岛：反应堆冷却剂系统；专设安全系统；核辅

2、助系统；三废处理系统。常规岛：汽轮机回路；循环冷却水系统；电气系统。2、反应堆冷却剂系统将堆芯核裂变放出的热能带出反应堆并传递给二回路工质以产生 蒸汽。通常把反应堆、反应堆冷却剂系统及其辅助系统合称为核供汽系统。每一条环路由一台蒸汽发生器、一台或两台反应堆冷却剂泵及相应的管道组成，在其 中一个环路的热管段上，通过波动管与一台稳压器相连。一回路内的高温高压含硼水， 由反应堆冷却剂泵输送，流经反应堆堆芯，吸收了堆芯核裂变放出的热能，再进入蒸 汽发生器，通过蒸汽发生器传热管壁，将热量传给蒸汽发生器二次侧给水，然后再由 反应堆冷却剂泵唧送回反应堆。如此循环往复，构成封闭回路。整个一回路系统设有 一台稳

3、压器。一回路系统的压力靠稳压器调节，且保持稳定。3、为了保证反应堆和反应堆冷却剂系统的安全运行，核电厂还设置了一系列核辅助系统 和专设安全设施系统。4、核辅助系统主要用来保证反应堆和一回路系统的正常运行。专设安全设施系统为核电厂重大的事故提供必要的应急冷却措施，并防止放射性物 质的扩散。5、二回路系统由汽轮机、发电机、凝汽器、凝结水泵、给水加热器、除氧器、给水泵、 蒸汽发生器、汽水分离再热器等设备组成。蒸汽发生器的给水在蒸汽发生器吸收热量 变成蒸 汽，然后驱动汽轮发电机组发电。做功后的乏汽在凝汽器内冷凝成水。凝结水 由凝结水泵输送， 经低压加热器加热后进入除氧器， 除氧水由给水泵送入高压加热器

4、加 热后重新返回蒸汽发生器，如此形成热力循环。6、循环水系统主要用来为凝汽器提供凝结汽轮机乏汽的冷却水。循环水系统分为：开式 供水及闭式供水两类。开式供水方式的主要优点是冷却水进水温度较低，有利于汽轮机组的经济运行，而且系统简单，投资较低。闭式供水方式是把由凝汽器排出的水，经过冷却降温之后，再用循环水泵送回凝汽 器入口重复使用。2 .2核电厂总体及厂房布置2 .2 .1厂址选择核电厂选址考虑的因素中很多与火电厂相同，它们包括接近电力负荷中心、有充足的冷却 水源、交通运输方便、有良好的自然条件（如地形、地质和地震等）、减少废热废物排放 对生物的影响和防止环境污染的可能性等。核电厂选址基本原则除了

5、要满足常规电厂所 必需的条件外，还应尽量减少释放放射性对环境的影响，以确保居民在一般事故和严重事 故条件下不受危害。归结起来，核电厂选址应考虑核电厂本身特性、厂址自然条件和技术 要求以及辐射安全等三个方面。2 .2 .2总平面布置1、核电厂的厂址选定后，在总平面布置设计时应考虑以下原则：(1 )合理区分放射性与非放射性的建筑物，使净区和脏区严格分开，脏区尽可能置于 主导风向的下风侧，以减少放射性污染。(2 )满足核电厂生产工艺流程要求，便于设备运输，减少厂区管线的迁回和纵横交叉。(3 )反应堆厂房、核辅助厂房和燃料厂房，都应设在同一基岩的基垫层上，防止因厂房 承载或地震所产生的沉降差异而造成管

6、线断裂。(4 )核电厂厂房布置以反应堆厂房为中心，核辅助厂房、燃料厂房、主控制楼和应急 柴油发电机厂房均环绕在反应堆厂房周围。对于双单元核电厂也可采用对称布置，并 共用部分核辅助厂房。2、按照上述原则，一般核电厂的厂房可以分成下列几个部分：(1 )核心区：主要由核岛和常规岛组成，包括反应堆厂房、核辅助厂房、燃料厂房、主控 制室、应急柴油发电机厂房、汽轮发电机厂房等。(2 )三废区：主要由废液储存、处理厂房、固化厂房、弱放废物库、固体废物储存库、 特种洗衣房和特种汽车库等组成。(3 )供排水区：主要由循环水泵房、输水隧洞、排水渠道、淡水净化处理车间、消防站、 高压消防泵房、排水泵房等组成。(4

7、)动力供应区：主要由冷冻机站、压缩空气及液氮储存气化站、辅助锅炉房等组成。(5 )检修及仓库区：包括检修车间、材料仓库、设备综合仓库及危险品仓库等。(6 )厂前区：包括电厂行政办公大楼及汽车、消防、保安及生活服务设施。3、核岛厂房主要有反应堆厂房、核辅助厂房、燃料厂房、主控制室等。反应堆厂房与汽轮机厂房的相对位置有两种形式：一种是汽轮机厂房与反应堆厂房呈L形布置，另一种是汽机厂房与反应堆厂房呈T形布置。L形布置方法厂房布局紧凑， 占地少，特别是由几个单元机组并列时，汽机厂房可以合在一起，以减少汽机厂房内 重 型吊车台数，若端部再接维修车间，则设备检修更为方便。图2 .8为L形布置的 双机组核电

8、厂平面布置图。但是，这种布置，在汽轮机厂房与反应堆厂房之间需设置 防止汽轮机飞车时叶片对安全壳冲击的屏障。采用T形布置方式时，汽轮机叶片飞射 方向不会危及反应堆厂房，但厂房面积相对大些。4、其循环水系统的标高布置，是确定厂区标高的两个重要因素之一。这两个因素是：(1 )厂区地坪的标高应位于千年一遇的最高潮位以上；(2 )将凝汽器布置在适当标高位置上，使得循环水回路中有适当的虹吸效应，并使核 电厂基建投资和循环水用电消耗都比较合理，也就是综合考虑基建投资和运行费 用后选定最优的标高。2 .3核电厂主要厂房设施1、核电厂主要厂房指反应堆厂房(即安全壳)、燃料厂房、核辅助厂房、汽轮机厂房和控制厂房。

9、2、安全壳内部结构主要是由钢筋混凝土建造的。3、燃料厂房设有乏燃料储存水池，用来盛放乏燃料。4、核辅助厂房是一个具有多种用途的钢筋混凝土结构。厂房内设有化学和容积控制系统、 安全注入系统、设备冷却水系统等辅助系统及厂房必需的空气处理和冷却设备。5、控制厂房布置在整个核电厂的中心，它包括中央控制室、厂用配电和各种自动控制设 备。2 .4核电厂设备安全功能及分级1、划分安全等级的目的是提供分级设计标准。2.4.1安全功能及分析方法：1、核电厂安全的基本目标是限制居民和核电厂工作人员在电厂所有运行工况和事故工况下所受到的射线照射。2、为保证必要的安全性，执行安全功能的系统执行下列功能：(1 )为安全

10、停堆和维持其安全停堆状态提供手段；(2 )为停堆后从堆芯导出余热提供手段；(3 )在事故后为防止放射性物质的释放提供手段，以确保事故工况之后的任何释放 不超过容许极限。3、为了对每项功能按其对安全的重要性分级，可以采用确定论和概率论两种分级方法。2 .4 .2安全分级安全一级2.安全二级3.安全三级4.安全四级（非核安全等级）2 .5核电厂安全设计原则1、核电厂设计的首要问题，就是要在正常工况或事故工况下，能把这些放射性物质严加控制，把对个人的照射减少到可接受的水平，确保工作人员与公众的安全。2、核电厂采用的安全性准则是多重屏障与纵深防御；在设计中必须对各种可预见和不可预见的事件作出分析，并作

11、出环境影响评价。1 .多道屏障1）第一道屏障是燃料棒包壳。2）第二道屏障是一回路系统的承压边界，由压力容器、管道和设备组成，它们将高温、 高压又带强放射性的冷却剂封闭在其内。3）第三道屏障是安全壳，它将一回路系统的主要设备（包括一些辅助系统和设备）和 主管道包容在内。纵深防御单一故障准则在压水堆设计中，为了满足总体设计准则，防止那些对安全极为重要的系统或部件发 生单项故障而失去其功能，制订了单一故障准则。单一故障是导致某一部件不能执行 其预定安全功能的一种随机故障，由单一随机事件引起的继发故障，均视作单一故障 的组成部分。抗自然灾害的功能辐照剂量标准第三章：反应堆冷却剂系统和设备一、反应堆冷却

12、剂系统1、功能：主功能：冷却；输热。辅功能：慢化；反应性控制（硼浓度）；压力调节；压力控制；第二道屏障。2、组成：冷却系统；压力调节系统；超压保护系统。冷却系统：（1）增加泵的惯性流量。在反应堆冷却剂泵电动机顶部装飞轮，延长主泵断电后的惰转时间，保证断电后短时间内有较高的流量通过堆芯。（2）在一回路设备布置上，应使蒸汽发生器的位置高于反应堆压力容器，以便建立和保持一个自然循环驱动头。压力调节系统：当压力升高至超过设定值时，压力控制系统调节喷淋阀，由冷管段引来的过冷水向稳压器汽空间喷淋降压；若压力低于设定值，压力控制系统启动加热器，使部分水蒸发，升高蒸汽压力。超压保护系统：当一回路系统的压力超过

13、限值时，装在稳压器顶部卸压管线上的安全阀开启，向卸压箱排放蒸汽，使稳压器压力下降，以维持整个一回路系统的完整 性。3、 一回路压力：一般取工作压力15.5MPa，设计压力取1.101.25倍工作压力，；冷 态水压试验压力取1.25倍设计压力。4、反应堆冷却剂的出口温度：（1 ）燃料包壳温度限制。（2 ）传热温差的要求。为了保证燃料元件表面与冷却剂之间传热的要求，燃 料表面与冷却剂间应有足够的温差。冷却剂温度至少要比包壳温度低 10 C15 C，以保证正常的热交换。（3 ）冷却剂过冷度要求。为保证流动的稳定性和有效传热，冷却剂应具有20。左右的过冷度。5、反应堆冷却剂的入口温度：反应堆冷却剂的出

14、口温度一旦确定，对于一个确定热功率的反应堆，其入口温 度与流量有单值关系。入口温度越高，一回路冷却剂平均温度越高，从这方面 来说，对提高热效率有利。但入口温度越高，冷却剂温升越小，所需冷却剂流 量越大，这就增加了泵的唧送功率从而降低了电厂的净效率。选择冷却剂的入 口温度时，应综合考虑它与流量各自带来的利弊以及其他一些因素后，选取最 佳值。（280 C300 C）二、反应堆本体结构组成：堆芯（燃料组件、堆芯功能组件）；堆芯支撑结构；反应堆压力容器；控制棒传动 机构。堆芯结构：分区装料的优点与缺点：燃料组件：燃料元件：组成：下端塞；锆合金包壳；UO2芯块；氧化铝块；因科镍弹簧；上端塞；充 气孔。作

15、用：产生核裂变并释放热量的部件。燃料包壳：防止核燃料与反应堆冷却剂接触，以避免裂变产物逸出造成放射性 污染。燃料组件骨架：定位框架：堆芯功能组件：控制棒组件：分类：（黑棒组；灰棒组）（功率调节棒；温度调节棒；控制停堆棒）、作用：1.快速控制反应性；2.正常运行调节反应堆功率；3事故快速引入负反 应性使反应堆紧急停堆。可燃毒物组件：吸收能力强以此平衡反应性，保证慢化剂系数为负值。阻力塞组件：初级中子源棒组件：初级中子源棒组件初级中子源棒组件为监督初始堆芯装 料和反应堆启动提供所需的中子源，不可连续使用。次级中子源棒组件：次级中子源棒组件用于反应堆满功率运行两个月后的反应 堆停堆后再启动。可连续使

16、用。堆芯支撑结构：功能：为堆芯组件提供支撑、定位和导向，组织冷却剂流通，以及为堆内仪表提 供导向和支撑，为压力容器提供热屏和防辐照。组成：下部支撑结构、上部支撑结构和堆芯仪表支撑结构。反应堆压力容器：作用：支撑、包容和固定堆芯和堆内构件；保证燃料组件按一定间距在堆芯内定位； 承压、防护。压力容器顶盖的密封：O形密封环；密封探漏。控制棒驱动机构：组成：磁力提升式驱动机构由磁轭、耐压壳、内部部件、驱动轴及位置指示器等5 个部件组成。三线圈电磁步进式优点：1、精度高，不失步；2、紧急停堆，切断电源，随重力自动插入；3、弹棒结构；4、维修方便。三、反应堆冷却剂泵作用：反应堆冷却剂泵又叫做主泵。它的作用

17、是。为反应堆冷却剂提供驱动压头，。保12证足够的强迫循环流量通过堆芯，。把反应堆产生的热量送至蒸汽发生器，034产生推动汽轮机做功的蒸汽。基本要求：（1）能够长期在无人维护情况下安4全可靠地工作；（2 ）冷却剂的泄漏要尽可能少；-(3 )转动部件应有足够大的转动惯量，以便在全厂断电情况下，利用泵的惰转 提供足够流量，使堆芯得到适当的冷却；(4 )过流部件表面材料要求耐高温含硼酸水的腐蚀；(5 )便于维修。分类：屏蔽电机泵和轴封泵。屏蔽电机泵：优点：其密封性能好，运行安全可靠。缺点：但由于它的效率低(比轴封泵低)；屏蔽电动机造价昂贵;容量小;不宜 安装飞轮，因而转动惯量小;维修不便。轴封泵：优点

18、：(1 )采用常规的鼠笼式感应电机，成本降低，效率提高，比屏蔽泵效率 高 10% 20% ;(2 )电机部分可以装一只很重的飞轮，提高了泵的惰转性能，从而提高 了全厂断电事故时反应堆的安全性；(3 )轴密封技术同样可以严格控制泄漏量；(4 )维修方便，轴密封结构的更换仅需10 h左右。飞轮：在发生反应堆冷却剂泵断电情况下，停堆后短时间内必须保持足够的流 量通过堆芯。一个飞轮用键固定在电动机轴的顶端，以增加反应堆冷 却剂泵机组的转动惯量，从而延长泵的惰转时间，飞轮提供的惯性流 量不仅在断电后短时间内提供了足够排热能力，还有利于建立后续的 自然循环。防逆转装置：电动机断电时能防止水泵逆转三级轴密封

19、：1号可控泄露液膜密封；2号、3号有摩擦面密封。四、蒸汽发生器：功能：1、产生蒸汽推动汽轮机做功；2、连接设备，隔离一二次侧回路；3、第二道屏障的一部分；组成：蒸发段：1.下封头；2.管板；3.U形传热管；4.管束套箱；5.支撑隔板汽水分离段：1.一级分离；2.二级分离；3.给水管段；4.限流器。工质流动方式：自然循环；强制循环(直流)；出口蒸汽湿度0.25%卧式蒸汽发生器优点：较大的蒸汽空间，没有水平管板，不会形成滞留区。缺点：出口蒸汽湿度对水位波动比较敏感，不便于在安全壳内布置。立式直流式蒸汽发生器优点：有利于提高汽轮机工作的可靠性和提高循环热效率；缺点：不能像自然循环蒸发器那样连续排污，

20、给水带入的盐分将沉积在传热管表面，导致传热热阻增加及传热管腐蚀问题。因此，直流蒸汽发生器对传热管管材抗腐蚀性能和给水水质要求较高。又因储水量少，热容小，对自动控制要求高。此外对直流蒸汽发生器，还存在水动力不稳定和整体脉动等问题，需注意解决。循环倍率：循环倍率=上升通道中契税汽水混合物的质量流量蒸汽的质量流量太低：1、将导致流量不稳定，流体流动产生振荡2、管板上表面处流速降低，会使污垢沉积后浓缩而发生管板上表面处的热管根 部腐蚀.3、含气量过大使传热效率降低。太高：含气量过小，受汽水分离器工作能力的限制，使蒸汽发生器蒸汽湿度太高而腐 蚀汽轮机。五、稳压器：功能：1、压力控制；2、超压保护；3、容

21、积补偿；分类：气罐式稳压器、电加热式稳压器。气罐式：优点：1、工作原理简单；2、辅助设备少缺点：系统容积大，控制品质低，而且气体易溶于水。稳压器喷淋系统：保持连续喷淋的目的是为了降低喷淋阀开启时对稳压器喷淋贯穿管和管嘴的 热应力 和热冲击；保持稳压器内水温与水化学的均匀一致；同时为调节组 （比例组）电加热器提供一个调节基值功率。喷淋的水的由来：主喷淋（RCP）；辅喷淋（RCV）；工作原理：反应堆冷却剂系统是一个以高温高压水为工质的封闭回路。正常功率运行时, 稳压器内下部为水，上部为汽空间，由加热器使水处于饱和状态。一回路除 稳压器上部的汽腔以外，其余部分全部充满水。因此，稳压器汽腔的蒸汽压力

22、传播到整个一回路系统。稳压 器的压力代表了一回路的压力。稳压器卸压箱：稳压器卸压箱接受安全阀排放的蒸汽，使之冷凝和降温，以保证一回路 压力边界完整性。正常运行时，卸压箱的约2/ 3容积充水，水面上用氮气 覆盖，水温维持在40C。稳压器安全阀开启时，蒸汽通过水面以下的鼓泡 管排出，被水凝结和冷却。卸压箱内顶部装有一根用补水系统供水的喷淋 管线，此喷淋管线正常情况下可用来向卸压箱补水保持一定水位；卸压箱 内温度压力升高时，可用来喷淋冷却。卸压箱底部有疏水管线，通过喷淋 冷水和排放热水可冷却卸压箱。在卸压箱水面下设有由设冷水供水的冷却 盘管，在正常运行期间维持卸压箱内正常温度。但它不能连续接受稳压器

23、 的蒸汽排放。超量的蒸汽排放将导致卸压箱内压力上升，压力达到一定值 时，卸压箱顶部的防爆膜破裂，蒸汽排放到安全壳内。第四章：核岛主要辅助系统 一、化学和容积控制系统：（RCV）功能：A.主功能：1、化学控制（水质控制）；2、容积控制；3、反应性控制；B.辅功能：1、主泵的一级轴密封水；2、稳压器的辅喷淋；3、提供水压试验；4、 安注系统（上充泵RCV）温度对反应性的影响：温度升高，反应性下降。反应性变化的原因：1、燃料的多普勒效应和慢化剂的温度效应；2、裂变产物、毒物和燃耗；3、工况改变；控制反应性的手段：1、控制棒；2、可燃毒物；3、硼酸溶液的化学补偿。反应性控制的目的：1、补偿燃耗和毒物带

24、来的负反应性；2、控制轴向功率偏差；3、控制R棒位在调节带内；4、保证停堆深度；系统流程：下泄管线、净化段、上充管线和轴封水回路。下泄管线：两次减温减压。二、反应堆硼和水补给系统：（REA）功能：（1 ）为一回路系统提供除气除盐含硼水，辅助化容系统实现容积控制；（2 ）为进行水质的化学控制提供化学药品添加设备；（3 ）为改变反应堆冷却剂硼质量分数，向化容系统提供硼酸和除气除盐水；（4 ）为换料水储存箱、安注系统的硼注入罐提供硼酸水和补水，为稳压器卸压箱 提供喷淋冷却水，为主泵轴封蓄水管供水。组成：1、水补给系统；2、硼酸补给子系统；3、化学添加子系统。系统流程：1、正常硼化管线（稀释、硼化、自

25、动补给、手动补给）；2、补水硼化管线；3、直接硼化管线；4、应急硼化管线；5、与换料水箱连接的管线；补给方式：自动补给、稀释、快稀释、硼化及手动补给。三、余热排出系统：（RRA）功能：1、排出余热2、排热到冷凝段；3、换料后，将换料水从换料水池输送至换料水箱；4、主泵停止后，使一回路硼浓度均匀化；5、与RCV相连，当一回路压力过低，可排放和净化一回路冷却剂。组成：余热排出泵，流量调节阀，安全阀，泄压阀，隔离阀。最小流量管线：保护余热排出泵不被烧坏。电动隔离阀：保护余热排出泵。安全阀：超压保护。旁路管线：控制总流量，使余热排出泵的流量维持稳定。流量调节阀：调节通过各热交换器的流量。四、设备冷却水

26、系统：（RRI）功能：1、为核岛内需要冷却的介质设备提供冷却；2、隔离核岛和冷却海水；3、事故时专设安全设施支持系统。组成：A、B两个系列（独立管线）；公共环路；共用部分；板式换热器的优点：1、传热系数高；2、结构紧凑，体积小，耗材少；3、易于拆洗、清除污垢，便于维修。板式换热器的缺点：1、承压较低；2、密封性较差，易泄露；3、流动阻力较大。 投入时，先启动低压侧（重要厂用水侧），再启动高压侧（设备冷却水侧）； 停止运行时，先停设备冷却水泵，后停重要厂用水泵。五、重要厂用水系统：（SEC）功能：冷却设备冷却水，将设备冷却水系统传输给的热量排入海水。开式循环回路第五章：专设安全设施 保证核安全三要素：反应性控制；堆芯冷却；放射性产物包含。三重屏障：燃料包壳；一回路压力边界；安全壳。一、安注系统：（RIS）功能：A.主功能：（1 ）当一回路系统破裂引起失水事故时，安注