压水堆核电厂先进核反应堆结构原理课件

1、1第三章压水堆核电厂231压水堆以轻水作慢化剂及冷却剂，反应堆体积小，建设周期短造价较低。2压水堆采用低富集度铀作燃料，铀的浓缩技术已经过关。3压水堆核电厂有放射性的一回路系统与二回路系统相分开，放射性冷却剂不会进入回路而污染汽轮机，运行、维护方便，需要处理的放射惮废气、废水、废物量较少。我国正在运行的核电机组（除秦山三期）全部为压水堆堆型，作为一种技术相当成熟的堆型，具有以下特点：4压水堆主要运行参数5教学内容以大亚湾核电厂为例，压水反应堆本体结构：堆芯组件：核燃料组件控制棒组件堆芯功能组件；堆内构件及其作用：上下支承组件，压紧弹簧组件，导向管反应堆压力容器的结构、选材和运行特点控制棒驱动机

2、构的结构和工作原理；堆内测量支承结构安全壳结构及系统功能6核电厂主回路系统简介7主、辅助系统83.1 压水堆堆芯（reactor core）堆芯设计满足的一般要求：1 堆芯功率分布尽量均匀，以便堆芯有最大的功率输出2 尽量减少堆芯内不必要的中子吸收材料，提高中子经济性3 要有最佳的冷却剂流量分配和最小的流动阻力4 有较长的堆芯寿命，适当的减少换料操作次数5 堆芯结构紧凑，换料要简易方便。9典型压水堆压力容器与堆芯结构原理图10堆芯横截面图11压水堆纵剖面图12压水堆燃料管理棋盘式布局 分区倒料13反应堆压力容器14反应堆压力容器15反应堆压力容器反应堆压力容器支撑和包容堆芯和堆内构件，工作在高

3、压(15.5MPa左右)、高温含硼酸水介质环境和放射性辐照的条件下，寿命不少于40年。百万千瓦级核电厂压力容器高约13m，内径5m,筒体壁厚200mm,总重约330t。作用： 1 防止放射性外逸第二道屏障2 压力边界3 堆内构件的支承和固定作用选材原则1 高度的完整性 (杂质少，纯度高)2 适当的强度和足够的韧性3 低的辐照敏感性 4 导热性能好：热应力 5 便于加工制造，成本低16压力容器选材当前反应堆压力容器材料普遍选用低合金钢，与冷却剂接触表面堆焊一层5mm厚的不锈钢。低合金钢具有：良好的导热性，可焊性，抗辐照脆化，便于加工低合金钢及其焊缝在快中子积分通量大于1018cm2后脆性转变温度

4、明显升高。相应措施:严格限制铜和磷这两种元素的含量，添加少量铝、钒、铬，铂、镍等元素，尽量减少钢的辐照损伤：热屏。17压力容器运行限制限制因素： 压力容器的强度，韧性转变温度， 主泵的汽蚀，低压蒸发等。随着反应堆的运行，压力容器限度右移。18压力容器结构筒体组合件 法兰环 接管段 筒身 冷却剂进、出口接管顶盖组合件底封头法兰密封件1920压力容器支承结构接管支撑座容器支承环 混凝土基座 支承导向板：允许热膨胀，阻止容器和接管的横向移动。21堆内测量支承结构堆芯冷却剂出口温度测量装置目的：绘制堆芯温度分布图和确定最热通道布置：堆芯中子通量分布测量装置目的：建立中子通量分布图（三维），确定热点布置

5、：22反应堆堆内构件堆内构件包括：堆芯下部支承结构，堆芯上部支承结构，控制棒束导向管和压紧弹簧组成。功能： 1 为冷却剂提供流道2 为压力容器提供屏蔽3 为燃料组件提供支承和压紧4 固定监督用的辐照样品5 为棒束控制组件和传动轴以及上下堆芯测量装置提供机械导向6 平衡机械载荷和水力载荷7 确保堆芯容器顶盖内的冷却水循环，以便顶盖保持一定的温度23下部支承组件吊篮组件吊篮组件热中子屏蔽围板幅板组件堆芯下栅格板流量分配板堆芯二次支承和测量通道24堆芯下部支撑结构25堆芯上部支撑结构堆芯上栅格板支承柱控制棒束导向筒上部支承板26堆芯上部支撑结构27堆芯上部支撑结构28压水堆堆芯组件核燃料组件棒束控制

6、棒组件可燃毒物组件中子源组件阻力塞组件29核燃料组件采用无盒、带指形控制组件的棒束型燃料组件。主要结构：燃料棒骨架 骨架（书）：上下管座，8 层定位格架，导向管采用1717=289=264+24+1 正方形排列:264 燃料棒24 导向管1 中子测量管30311717结构在每一组件的289个可利用的空位中燃料棒占据264个其余的空位装有24根控制棒导向管和1根堆内测量导管32棒状燃料元件棒结构组成:选材原则：限制燃料和包壳 的使用温度包壳的作用以及选材特点 机械强度；第一道屏障锆氢反应？如何何防止？1 内 2 外集气空腔盒充填气体作用： 轴向空腔和径向间隙作用， 预冲压氦气技术作用33芯块的结

7、构特点结构尺寸：圆柱体形何谓“环脊” 现象为何采用碟形加倒角的结构形式如何防止辐照肿胀的破坏： 1碟形加倒角 2制孔剂芯块密度的选择:对导热系数有很大影响34燃料元件包壳材料： 锆4 合金燃料元件包壳壁厚的选择 结构强度 周向变形不超过1% 化学 含氢量低压250ppm,不能高于600ppm 腐蚀 寿期内腐蚀深度应低于原壁厚的10%. 一定的安全裕度 水力振动,热应力包壳内壁与燃料芯块的径向间隙 大小与间隙的导热系数有密切关系，是影响芯块温度的重要因素，同时芯块的各种特性如导热系数，裂变气体的释放，蠕变和塑性形变等也都随温度变化。外径9.5 mm,壁厚0.57mm,芯块直径8.19mm35“骨

8、架”结构定位格架控制棒导管中子通量测量导管上管座下管座3637定位格架8 层定位格架的作用材料及结构特点混流翼38控制棒导向管材料：锆4合金作用：为控制棒插入抽出提供导向通道结构特点： 锥形缓冲段， 流水孔中子通量测量管材料：锆4合金作用：39下管座上管座40控制棒组件结构组成：24跟吸收剂棒星形架组件数目保证： 卡棒准则，功率分布，弹棒事故 41控制棒组件 42星形架结构特点：毂环，翼片，指形连接柄43吸收剂棒 黑棒 灰棒 材料 银铟镉 不锈钢 结构： 二者相似黑棒束控制组件：24根黑棒灰棒束控制组件：8根黑棒16根灰棒44堆芯相关组件可燃毒物组件，初级中子源组件，次级中子源组件，阻力塞组件

9、结构上的共同点： 支承结构：一个压紧组件形成的支承结构 24 根棒束 24根棒可能全部是阻力塞,可能是可燃毒物棒与阻力塞的组合,还可能包含所有四种棒.45压紧组件轭板、弹簧导向筒、底板内外两圈螺旋弹簧、304 不锈钢材料46可燃毒物组件作用：用于第一燃料循环，降低硼浓度，保证慢化剂的负温度系数可燃毒物材料：硼玻璃管（B2O3+SiO2）初装料：4812(棒)1816(棒)+216=896第一次换料时全部卸出，换阻力塞组件47初级中子源组件作用： 1 提高中子通量 2 点火初级中子源 2个组件：11166 材料：锎 结构与位置 1.0617.7， 堆芯下部 初装料情况48次级中子源组件次级中子源

10、2个组件：420 材料：锑、铍 作用，二次启动49阻力塞组件作用：结构与材料：304不锈钢，短棒前述各种堆芯相关组件都含有中子源组件，只有阻力塞组件全部是阻力塞组件50堆芯组件小结（1）核燃料组件控制棒组件堆芯相关组件 核燃料组件：燃料元件棒骨架结构 燃料元件棒：燃料芯块，包壳，端塞，压紧弹簧 骨架：上下管座，定位格架，控制棒导管，中子测量 控制棒组件：吸收剂棒星形架 吸收剂棒：黑棒，灰棒，结构材料 星形架：中心毂环，翼片，夹持指状物51堆芯组件小结（2） 堆芯相关组件：可燃毒物棒组件，中子源组件，阻力塞组件 结构： 压紧组件24根棒束可燃毒物组件：作用， 材料中子源组件： 初级中子源次级中子

11、源，作用，材料阻力塞组件; 作用，材料52大亚湾核电厂首次装料堆芯相关组件种类以及数量53控制棒驱动机构控制棒驱动机构是反应堆的重要动作部件，通过它的动作带动控制棒组件在堆芯内提升和下降，以实现反应堆的启动，功率调节（调节棒），停堆和事故情况下的安全控制（安全棒）。因此，它是确保反应堆安全可控的重要部件。控制棒驱动机构要求：在正常运行工况下要求棒的移动速度缓慢，每秒钟行程约10mm；在快速停堆或事故工况时要求驱动机构在得到事故停堆信号后，即能自动脱开，控制棒组件靠自重快速插入堆芯，从得到信号到控制棒完全插入堆芯的紧急停堆时间一般2秒钟左右，以保证反应堆安全。54控制棒驱动机构常用的驱动机构：电

12、磁步进式，齿轮齿条式，水力驱动式大亚湾核电厂采用 三线圈电磁步进式驱动机构优点： 提棒精度高，提升力大，不宜失步，结构简单，加工容易，拆装和维修方便等优点。需要紧急停堆时，只需要切断电源，控制棒便可自由落体。55结构外部线圈装置棒位置指示部件承压套驱动轴内部部件： 提升装置 传递装置 夹持装置565758控制棒提升动作:初始状态为传递钩爪啮合，夹持钩爪脱开。1：提升线圈通电，传递钩爪驱动轴提升一个步阶；2：夹持线圈通电，夹持钩爪夹持驱动轴；3：传递线圈断电，传递钩爪脱开； 4：提升线圈断电，传递钩爪下降一个步阶；5：传递线圈通电，传递钩爪啮合驱动轴；6：夹持线圈断电，夹持钩爪夹脱开，为提升做准

13、备；7：提升线圈通电，传递钩爪驱动轴提升一个布阶；如此循环动作，直到达到提升位置为止。若要保持控制棒在某一位置时，仅传递线圈通电，传递钩爪承载。59控制棒下降动作:初始状态为传递钩爪啮合，夹持钩爪脱开。1：夹持线圈通电，夹持钩爪夹持驱动轴2：传递线圈断电，传递钩爪脱开3：提升线圈通电，仅传递钩爪提升一个步阶4：传递线圈通电，传递钩爪啮合驱动轴5：夹持线圈断电，夹持钩爪夹脱开，为轴下降做让步 6：提升线圈断电，传递钩爪驱动轴下降一个步阶7：夹持线圈通电，夹持钩爪夹持驱动轴如此循环动作，直到达到下降位置为止。60紧急停堆控制棒自由落体当要实行紧急停堆时，三个线圈都断电，所有钩爪均脱开，控制棒在重力作用下，快速插入堆芯。61安全壳作用：裂变产物与环境之间的最后一道屏障 事故承压，外来撞击切尔诺贝利的教训大型干式安全壳欠压