压水堆核电厂运行原理及总体介绍

1、压水堆核电厂运行原 理及总体介绍 二一三年八月2核反应电子原子核在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应3中子和质子最初就是通过原子核的人工转变这一核反应发现的：+粒子粒子轰击氮核质子质子+粒子粒子轰击铍核中子中子和衰变过程一样，核反应中，质量数和电荷数都守恒4化学反应中，往往要吸热或放热，类似的核反应中也伴随着能量的变化质能方程中子质子氘核2.2MeV（ ）核反应放出的能量叫做核能5 物理学家研究质子、中子和氘核之间的关系发现：质能方程中子（mn）质子（mp）氘核（m）精确的计算表明氘核的质量比中子和质子的质量之和要小一些质量亏损6质能方程物体的能量和质量之间存在

2、着某种联系：爱因斯坦 物体的能量和质量之间存在密切的联系，他们的关系是： 核子在结合成原子核时出现质量亏损，要放出能量，大小为：质能方程7裂变核反应吸收能量放出能量核子结合成原子核有些重核分裂成中等质量的核有些轻核结合成中等质量的核8物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做裂变把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反映叫做聚变裂变聚变裂变91939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的中子又引起了其他铀核的裂变，也就是链式反应铀核的裂变10铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子，其核反应方程

3、是：铀核的裂变+裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂变后的总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：释放出的能量为1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2000t优质煤完全燃烧时释放的能量什么是核电站？核电站（nuclear power plant）是利用核裂变(Nuclear Fission)或核聚变(Nuclear Fusion)反应所释放的的能量产生电能的发电厂。目前商业运转中的核能发电厂都是利用核裂变反应而发电。核电站一般分为两部分：利用原子核裂变生产蒸汽的核岛（包括反应堆装置和一回路系统）和利用蒸汽发电的常规岛（包括汽轮发电机系统），使用的燃料一般是放射性重金属：铀、钚。世界核电分布图在当

4、前，全世界有33个国家和地区有核电站，核发电量占全世界发电总量的17%，有的国家甚至超过70%。核电站中以压水堆、沸水堆所占的比例最大。全世界各种堆型核电机组数占核电总机组数的份额：压水堆占60%，沸水堆占20%，重水堆占10%，其他堆占10%。核电厂的种类 不同的核电技术从能量生成机理上都是一样的，差别在于冷却方式的不同，按照冷却方式不同分为：压水堆核电厂；沸水堆核电厂；重水堆核电厂；石墨水冷堆核电厂；石墨气冷堆核电厂；高温气冷堆核电厂；快中子增殖堆核电厂等。压水堆核电站 使用加压轻水（即普通水）作冷却剂和慢化剂，且水在堆内不沸腾的核反应堆。它主要由核岛和常规岛组成。压水堆核电站核岛中的四大

5、部件是蒸汽发生器、稳压器、主泵和堆芯。在核岛中的系统设备主要有压水堆本体，一回路系统，以及为支持一回路系统正常运行和保证反应堆安全而设置的辅助系统。常规岛主要包 括汽轮机组及二回等系统，其形式与常规火电厂类似。 沸水堆核电站 沸水堆是以沸腾轻水为慢化剂和冷却剂并在反应堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的动力堆。沸水堆与压水堆同属轻水堆，都具有结构紧凑、安全可靠、建造费用低和负荷跟随能力强等优点。它们都需使用低富集铀作燃料。沸水堆核电站系统有：主系统（包括反应堆）；蒸汽-给水系统；反应堆辅助系统等。重水堆核电站以重水堆为热源的核电站。重水堆是以重水（H2O2）作慢化剂的反应堆，可以直接利用天然铀作为核

6、燃料。重水堆可用轻水或重水作冷却剂，重水堆分压力容器式和压力管式两类。重水堆核电站是发展较早的核电站，有各种类别，但已实现工业规模推广的只有加拿大发展起来的坎杜型压力管式重水堆核电站。 石墨水冷堆这种堆一般以天然铀金属元件做燃料。以石墨为慢化剂、水为冷却剂的热中子反应堆。 石墨气冷堆以石墨为慢化剂、以气体（二氧化碳或氦气）作为冷却剂的反应堆。这种堆经历了三个发展阶段，产生了三种堆型：天然铀石墨气冷堆、改进型气冷堆和高温气冷堆。快堆核电站 由快中子引起链式裂变反应所释放出来的热能转换为电能的核电站。快堆在运行中既消耗裂变材料，又生产新裂变材料，而且所产可多于所耗，能实现核裂变材料的增殖。目前，世

7、界上已商业运行的核电站堆型，如压水堆、沸水堆、重水堆、石墨气冷堆等都是非增殖堆型，主要利用核裂变燃料，即使再利用转换出来的钚-239等易裂变材料，它对铀资源的利用率也只有12，但在快堆中，铀-238原则上都能转换成钚-239而得以使用，但考虑到各种损耗，快堆可将铀资源的利用率提高到6070。快堆不能用水作冷却剂，而普遍采用液态金属钠把热量带出来。是世界上第四代先进核能系统的首选堆型，代表了第四代核能系统的发展方向。核电技术进化过程 中国核电现状截止到2013年2月21日，我国大陆已建成并投入商业运行的核电站有7个，分别为浙江秦山核电站一期、二期、三期，广东大亚湾核电站和岭澳核电站一期、二期，江

8、苏田湾核电站，共15台机组。此外，2011年7月21日，中国实验快堆成功实现并网发电；宁德1号机组、红沿河1号机组也分别于2012年12月28日、2013年1月17日成功并网发电。因此，我国大陆实际在运机组共18台。截至2012年底，全国发电装机容量达到11.44亿千瓦，其中核电1257万千瓦，占全国总装机容量的1.10 %。我国核电发展目标是：到2020年，核电运行装机容量争取达到4000万千瓦，并有1800万千瓦在建项目结转到2020年以后续建。核电占全部电力装机容量的比重从不到2%提高到4%，核电年发电量达到26002800亿千瓦时。世界核电界就因为日本福岛核事故爆发出现了集体刹车，我国

9、也不例外。核电项目停止审批、对在建在运核设施进行安全大检查一系列紧急措施的目的只有一个：确保核电安全。安全，始终是核电发展的首要条件。今年两会政府工作报告指出，要“安全高效发展核电”。在经历了“适度”、“积极”、“大力”等种种调整之后，我国核电政策用最直白的“安全高效”宣告了核电建设的基础和本质。2、建设中的核电站中国建设中的核电站有8个，分别为辽宁红沿河一期核电站、福建宁德一期核电站、福建福清核电站、广东阳江核电站、浙江秦山一期扩建-方家山核电站、浙江三门核电站、广东台山核电站、山东海阳核电站。3、筹建中的核电站中国目前筹建中的核电站约有几十个，包括江西彭泽核电站、海南昌江核电站等。核电站和

10、原子弹的异同相同点： 物理原理上同样都是以铀-235核燃料的链式裂变反应为基础不同点：1）核电厂所用核燃料铀-235的浓度仅仅3 %左右，而原子弹需要用浓缩至90 %以上的高浓度铀-235等核燃料。如果简单通俗地比喻，就像烈性白酒能够燃烧，而含酒精度低的啤酒却无法用火点燃。2）核燃料的链式裂变反应方式及其控制方法有着本质上区别。核电厂的反应堆，其对核燃料裂变反应具备能实施可控的、并且有多重安全措施的专门结构，根本不具有发生类似原子弹极快速的链式裂变反应而爆炸的条件，故可认为二者的作用机理不同。核电和火电的区别核电厂外观火电厂外观火电厂厂房布置火电厂厂房布置核电厂厂房布置核电和火电的区别核电和火

11、电的区别核电厂由核岛（主要是核蒸汽供应系统）、常规岛（主要是汽轮发动机组）和电厂配套设施三大部分组成。核燃料在反应堆内产生的裂变能，主要以热能的形式出现。它经过冷却剂的载带和转换，最终用蒸汽或气体驱动涡轮发电机组发电。核电厂所有带强放射性的关键设备都安装在反应堆安全壳厂房内，以便在失水事故或其他严重事故下限制放射性物质外溢。为了保证堆芯核燃料在任何情况下等到冷却而免于烧毁熔化，核电厂设置有多项安全系统。30核电站秦山核电一期（1300MWe）31核电站秦山核电二期（4600MWe）32核电站秦山核电三期（2700MWe）核电站主控室 压水堆核电厂的组成 核电站的主要设备核反应堆蒸汽发生器稳压器

12、主冷却剂泵汽轮发电机组核电站厂房反应堆厂房（安全壳厂房）、一回路辅助厂房、核燃料厂房、汽轮发电机厂房、主控制室、输配电厂房、循环水厂房及三废处理厂房压水堆示意图（1）反应堆堆芯热输出1930MW（2）环路数 2个（3）一回路系统压力 15.5Mpa（4）堆芯平均温度 310.2（5）总蒸汽流量 1083.9kg/s（6）发电机功率 650MWe（7）厂用电 47.79Mwe（8）功率因数 0.9系统总体参数 系统总体介绍二期共有300多个系统，大致可以分为六类：一回路部分，如：RCP，RCV，RPE；二回路部分，如：ABP，ADG，VVP；电气部分， 如：GEX，LAA，LHA；外围部分， 如

13、：CRF，SHY，SAP；仪控部分， 如：KRG；通风，消防，通讯，照明，如：JDT，DVI每个系统都有一本系统手册，它们由设计院提供，是规程编写的基础，最重要的参考资料。系统手册的内容总有共十三章。 一回路系统简图图 二回路系统简图 电气系统简图 PWR设计的基本原则纵深防御原则：预防：精心设计建造运行，防止故障发生保护：防止事件演变为事故，防止屏障破损缓解：通过专设系统尽量减少放射性释放量应急多道屏障：芯块与包壳一回路压力边界安全壳：最后一道屏障基本设计原则：固有安全性裕量失效安全、冗余、多样化质量保证定期监测，检查与功能试验人因单一故障准则：电气系统设计中提出， 目前也广泛用于流体系统，

14、其要求系统内的任何单一故障都不得妨碍系统在整体上履行其所应执行的功能，冗余性是满足单一故障准则的主要手段实践的正当性风险的来源 核安全的三要素冷却水装量：RIS、RCV、PTR，REA循环:主泵、自然循环、冷凝回流，PZR卸压冷源：蒸发器：ARE+VVP(GRE、GCT-C)ASG(+JPD)+GCT-a热交换器：RRA+RRI+SECPTR+RRI+SECEAS（RIS)+RRI反应性控制控制棒温度效应，自稳性浓硼酸：REA+RCVPTR+RCV(RIS)RIS004BA放射性包容：燃料与包壳，制造（材料、工艺、设计）、通量展平、保护（OPT,OTT)一回路压力边界:保护（超压、安全阀）、试

15、验安全壳：保（EAS喷淋,ETY监测、取样、氢气处理)，试验多样性核燃料循环 九位代码之机组代号以上提到的三字代码为我厂使用的系统代号，方便交流，除三字经外还有二字经，以及数字这些数字和代号组合起来就代表了某一个具体的设备如：3RCP001POXE1E2E3FFFG1G2第一位数字X为机组代号 我厂现在运行的机组1、2号机组，在建的3、4号机组，分别用1、2、3、4代表； 1&2号机组公用的部分为9； 3&4号机组公用的部分为8； 全厂共用的部分在1&2号机组侧为0；在3&4号机组侧为5。 三字经（系统代号）代码中的第2、3、4位为字母，是系统的代码 E1E2E3表示工艺系统 E1代表了该系统

16、的属性，E2E3表示具体的系统： 例如：A给水（AHP高加给水加热系统）；E安全壳（安全壳喷淋系统）；R代表与一回路相关的系统；L电气（LGA常规岛6.0Kv配电系统）等 如 RCP 反应堆冷却剂系统 设备类型代号第5、6、7位 FFF代表设备的编号，用三个数字表示 第8、9位G1G2 代表设备类型 G1G2表示阀门时，G1用V表示，G2表示流过阀门的流体的类别 如VA、VB、VC、VL、VD G1G2表示测量及控制设备时，G1用特定字母表示设备的功能类别； G2表示测量值的类型 如LD、MC、ST G1G2还有部分常用的如PO代表泵，BA代表罐子，RF热交换器，JA 断路器或接触器 其他代号

17、厂房代号 xBBC1C2C3 如1R120 第一位X为机组号 第2、3位BB为厂房代号，但一般情况只用一个字母表示，只有N（核辅助厂房）、M(汽机厂房)内部还需分区时，后面再加A,B,C,D,E,F以示区分。 RX 反应堆厂房 MX常规岛厂房 NX 核辅助厂房 KX 燃料厂房 WX 连接厂房 LX 电气厂房 还有YA、ZC、AL、JX、TC等最后三位C1C2C3为数字代表房间号；其中C1代表楼层 ：0代表-7m层、1代表-3.4m层、2代表0m层，依次类推； C2C3代表房间号；两个机组的设备在厂房内布置基本相同，如果知道3号机组的设备位置只要在C2这一位上加4就得到4号机相应位置；一二号机组

18、也是如此其他代码电气系统代码 LX1X2第一位都是L，厂用电系统第一位都是L第二位X1，代表电压等级 交流有6KV G/H、380V K/L、220 V M/N (正常/应急) 直流有220V A ，110V B ，48V C ，24V D第三位X2 区分不同的配电盘其他不遵守规定的有 ADS901AR，ACW，ACY，KCO等 图纸代码为了规范管理，我们图纸也进行归类编码为9位码，如3RCPLC001第1位为机组代码；第2-4位为系统号；第5-6位为图纸类型号，取图纸类型前两个字的第一个字母组合：LC 流程图；LG逻辑图；MN模拟图，DZ端子图，JD继电器图，YC 一次图，EC二次图，SM

19、SAMA图等最后三位为图纸页数了解这些之后就便于我们查找区分图纸，现阶段重点关注流程图，以及电气一次图流程图 LC电气一次图 YC电气二次图 EC模拟图 MN逻辑图SAMA图 SMSama图是美国制造等协会制定的一种约定，一种规范，它使用各种图符如：加、减、乘、除、微分、积 分、或门、与门、无扰切换、有扰切换、RS触发器、最大值、最小值、取中间值、三取一、上限幅、下限幅等，将控制系统要进行何种运算处理，它受何种控制，何种制约等表达出来使有关的工程技术人员一看就明白，该控制系统进行了何种处理，也可让人审定它是否合理?是否还可进行何种修改，从而获得更好的效果。 色标红蒸汽、消防水绿除盐水黑工业水、

20、冷却水兰空气管 控制区注意事项如果某一场所中个别点剂量率明显高于该场所的平均剂量率，则称其为“热点”。 “热点”剂量率水平不作为场所等级划分的依据。附录1：系统代码二期设计中以三个字母表示一个系统，为了方便大家记忆，特作以下分类说明：A*：给水回路，如ADG（除氧器），APA（电动给水泵），APG（SG排污），ARE（主给水），ASG（辅助给水）C*：冷凝器，CEX（凝结水抽取），CFI（循环水过滤），CRF（循环水），CVI（真空抽取）D*：通风，装卸，通讯系统，DV*，DW*（通风）E*：安全壳相关，EAS（安全壳喷淋），EPP（安全壳泄露），ETY（安全壳大气监测），EVC（堆坑通风）G

21、*：汽轮发电机及输电系统，如GCT（汽机旁排系统）J*：消防相关的系统，如JDT（火警探测）K*：仪表和控制，如KIS（地震仪表）L*：电气系统，如LHA（应急电源6。0KV A系列）P*：堆水池，如PMC（核燃料装贮存）R*：一回路系统，如RCP（反应堆冷却）S*：二回路系统，SA*（压缩空气），SE*（水）等T*：三废系统，如TEG(废气系统)V*：蒸汽系统，如VVP（主蒸汽系统）X*：辅助蒸汽系统，如XCA（辅助蒸汽生产系统） 附录2：二字经L*：就地测量设备，如LD（就地流量测量）；M*：模拟传感测量设备，如MQ（无功测量）Q*：计数器，如QC（转速计）S*：逻辑（通断）传感器设备，如SP（压力测量通断信号）Y*：试验测量设备，如YN（液位测试）注：以上设备二字代码的第二个字母有以下规律：A-核测量，D-流量，J-火警，N-液位， P-压力，Q-无功 ，W-有功， C-速度，H-时间，T-温度。V*：阀门，VA（空气阀门），VB（含硼水阀门），VC（循环水），VD（除盐水），VF（燃料油），VL（凝结水），VN（常规岛闭路冷却水），VP（一回路冷却剂），VV（