核电厂系统与设备-35-稳压器课件

本课程课程目录《核电厂系统与设备》共32学时序号教学内容总学时1第1章绪论22第2章压水堆核电厂43第3章反应堆冷却剂系统和设备64第4章核岛主要辅助系统45第5章专设安全设施46第6章核电厂热力学27第7章核汽轮发电机组48第8章核电厂二回路热力系统2本课程课程目录《核电厂系统与设备》3.1反应堆冷却剂系统3.2反应堆本体结构3.3反应堆冷却剂泵3.4蒸汽发生器3.5稳压器本章目录3.1反应堆冷却剂系统本章目录3.5稳压器3.5.1稳压器的功能(1)基本功能建立并维持一回路系统的压力,避免冷却剂在反应堆内发生容积沸腾。在电厂稳态运行时,将一回路压力维持在恒定压力下;在一回路系统瞬态时,将压力变化限制在允许值以内;在事故时,防止一回路系统超压,维护一回路的完整性；作为一回路系统的缓冲容器,吸收一回路系统水容积的迅速变化。(2)具体功能3.5稳压器3.5.1稳压器的功能(1)基本功能建立并维持3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(1)稳压器的分类按原理和结构形式：气罐式稳压器和电加热式稳压器。(2)气罐式稳压器的工作原理（容积补偿箱）由空气压缩机、气罐、空气联箱和相关的阀门管道组成。当稳压器压力降低时,向稳压器补充压缩空气;当稳压器压力高于整定值时,安装于空气联箱上的阀门开启放气,以恢复稳压器压力。气罐式稳压器系统容积大,控制品质低,空气溶于水中,造成系统设备腐蚀。（淘汰）/NN-Pressurizer_in_place_at_new_Russian_unit-2008125.html3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(1)稳压器的分类3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(3)电加热式稳压器（A）本体结构高13m,直径2.5m,上下端为半球形封头,总容积约40m3,汽相空间23.8m3

，净重约80t（B）基本参数卸压管嘴;喷淋管嘴;安全阀管嘴;入孔;上封头;仪表管嘴;吊耳;壳体;下封头;电加热器;支承裙;波动管嘴;加热器支撑板3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(3)电加热式稳压/images/pzr-c.jpg/3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(4)稳压器喷淋系统（A）组成稳压器喷淋系统由两条接到两个环路的冷管段的喷淋管线组成冷管端热管端3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(4)稳压器喷淋系3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(4)稳压器喷淋系统（A）组成每个喷淋管线上有一个自动控制的气动调节阀门,每个阀的最大喷淋流量为72m3/h,

喷淋降压速率为1.3MPa/min。阀门装有一个保持小流量的下档块,使阀门不能完全关闭,形成230L/h连续喷淋流量。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;为调节组(比例组)电加热器提供一个调节基值功率。（B）连续喷淋的目的3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(4)稳压器喷淋系3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(4)稳压器喷淋系统（C）喷淋的驱动力反应堆冷却剂泵出口与喷头出口间的压差稳压器的公共喷淋管路呈倒U形,以便形成一个水封,防止蒸汽积聚在喷淋阀后。（D）倒U形水封作用3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(4)稳压器喷淋系3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(5)稳压器电加热器（A）加热元件直管护套型电加热元件。加热元件的护套管上端用塞焊密封,下端用连接管座密封。镍铬合金电热丝作为加热元件放在不锈钢护套管中心,周围用压紧的氧化镁与套管绝缘。（A）加热元件参数加热元件共60根,总加热功率为1400kW,分成6组；3、4组为比例组,每组功率为216kW,以可调方式运行;其余4组为固定组,以通断方式运行,其中1、2组每组功率为216kW;5、6组每组功率为288kW；加热器的最小设计寿命为有效工作2万小时,每个加热元件可以单独更换；3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(5)稳压器电加热3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置（A）两种卸压管线第一种：3条安全阀卸压管线,每条管线上有一只弹簧压力式安全阀,当稳压器压力达到各安全阀开启定值时,进行事故排放；第二种：卸压管线上装有动力操作的卸压阀和电动隔离阀,卸压阀的开启压力低于安全阀的开启压力,当压力升至卸压阀开启压力时,卸压阀开启,压力下降至一定值时,卸压阀回座,停止排放;当发生卸压阀不能回座故障时,操纵员可以在主控制室根据卸压阀开关状态指示人为关闭与之相串联的电动隔离阀,以防止出现卸压阀不能回座造成的泄漏事故。3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置（B）三哩岛事故前稳压器卸压管线图3.48三哩岛事故前稳压器卸压管线的设计1—稳压器;2—卸压阀;3—安全阀;4—卸压箱一回路升压导致卸压阀开启,卸压阀回座失效造成小破口事故。卸压阀缺乏位置指示和操纵员没及时发现卸压阀开启状态指示灯造成持续的泄漏。暴露了超压保护装置在设计上的缺点。3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置由3条各装有2只串联先导启动式阀门组成的超压保护装置(又称Sebim阀)3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置（C）法国电力公司Sebim阀由3条各装有2只串联先导启动式阀门组成的超压保护装置(又称组成：先导部分和主阀部分3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置（C）法国电力公司Sebim阀主阀部分：一个液压启动随动阀,提供卸压功能主阀相当于一个活塞，上升时开启卸压，下降时关闭活塞阀心组成：先导部分和主阀部分3.5稳压器3.5.2稳压器及其附3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置（C）法国电力公司Sebim阀先导部分：起压力检测和控制元件的作用。先导阀动作将介质（蒸汽）导入上腔（增大压力）或将上腔空间介质排出（减少压力）先导阀动作改变了活塞（主阀）上下的压力差，产生较大不平衡力，带动阀习开启和关闭上腔活塞向上腔导入介质传动杆借助一个凸轮启动两个先导阀R1和R2。阀心排出上腔介质3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置核电厂系统与设备-35-稳压器课件3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置（D）安全阀运行原理1）当稳压器压力低于先导阀的整定压力时,先导阀的传动杆在上面位置,先导阀R1开启使稳压器与主阀活塞上部接通,由于主阀活塞表面积比阀盘大,因此安全阀呈关闭状态。2）当稳压器压力升高时,它作用于先导活塞,使先导传动杆向下,先导阀R1关闭,使主阀活塞上部与稳压器隔离,此时安全阀仍保持关闭。3）当稳压器压力继续升高,达到先导阀压力整定值时,先导传动杆进一步向下,使先导阀R2

开启,主阀活塞上部容纳的流体排出,作用于主阀阀盘上的稳压器压力使安全阀开启。3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置（D）安全阀运行原理4）当稳压器压力降低时,先导传动杆上升,先关先导阀R2,然后开启R1,使主阀活塞上部与稳压器接通,安全阀关闭。5）安全阀在低于其整定压力下,通过使电磁线圈通电,可强制开启。6）若先导阀R1处于开启位置(即压力低于先导阀R1的整定压力),通过使电磁线圈断电,在主阀活塞上可重新建立压力并关闭安全阀。反之,若先导阀R1维持关闭(稳压器压力高于R1的整定值),则不能重建主阀活塞上的压力,且安全阀维持开启状态。3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置（E）隔离阀隔离阀的结构和工作原理与安全阀相同,只是开启定值不同。当安全阀正常开启,且一回路压力高于隔离阀关闭定值时,隔离阀保持在打开位置。当安全阀发生卡开故障,而冷却剂压力下降到隔离阀关闭定值以下时,隔离阀关闭,从而避免了一回路压力失控下降。3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置（F）稳压器安全阀整定压力组阀门开启压力/MPa关闭压力/MPa第一组隔离阀14.613.9安全阀16.616.0第二组隔离阀14.613.9安全阀17.016.4第三组隔离阀14.613.9安全阀17.216.6表3.10稳压器安全阀整定压力3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(7)稳压器卸压箱（A）功能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。（B）结构3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(7)稳压器卸压箱3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(7)稳压器卸压箱（C）运行正常运行时,卸压箱的约2/3容积充水,水面上用氮气覆盖,水温维持在40℃。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。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。3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(7)稳压器卸压箱3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(1)压力波动的原因（A）压力变化来源冷却剂温度变化→体积变化→压力变化（B）瞬变过程中反应堆冷却剂体积变化瞬变过程中反应堆冷却剂体积变化的基本原因是反应堆功率PR

与二回路载出功率PS

失配,3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(1)压力波动的原因（3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(1)压力波动的原因（C）负荷阶跃降低10%瞬变过程中一回路主要参数的变化图3-51负荷阶跃降低10%额定功率的瞬变过程汽机负荷阶跃下降10%额定功率时,汽轮机调节阀开度减小,反应堆功率控制系统应使堆功率相应降低,但由于测量和控制系统存在滞后,反应堆功率的减少落后于汽轮机负荷的降低,从而引起一回路、二回路间功率的失配,导致冷却剂温度升高。3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(1)压力波动的原因（

所谓自稳性是指反应堆出现内、外扰动时，反应堆能维持原功率水平的特性。

例如，当反应堆引入一个正的反应性扰动ρex时，反应堆中子通量将突然增加Δn，燃料温度增加ΔTf，慢化剂平均温度跟着增加ΔTav，由于温度效应而产生一个负反应性，抵消了正反应性扰动的作用，最后，中子通量基本上能恢复到初始值。所谓自稳性是指反应堆出现内、外扰动时，反应堆能维持原

所谓自调性是指负荷变化时，反应堆自身能迅速达到热平衡。

例如，汽轮机负荷突然增加ΔPH，则汽轮机转速降低Δf，调节器使汽轮机阀门开度增加ΔK，蒸汽流量增加ΔFs，于是蒸汽压力降低ΔPs，蒸汽温度降低ΔTs，使一回路冷却剂平均温度降低ΔTav，由于负温度系数而产生一个正反应性，使中子通量密度上升Δn，燃料温度上升ΔTf，产生一个负反应性，抵消了冷却剂平均温度降低产生的正反应性。最后，反应堆达到新的平衡状态，使反应堆功率与负荷要求一致。所谓自调性是指负荷变化时，反应堆自身能迅速达到3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(1)压力波动的原因（C）负荷阶跃降低10%瞬变过程中一回路主要参数的变化图3-51负荷阶跃降低10%额定功率的瞬变过程经过超调和振荡过程后,堆功率和汽机负荷趋于平衡。此过程中反应堆冷却剂平均温度先是由额定值上升,达到一峰值后逐渐降低,最后稳定在新的功率水平下对应的整定值上。稳压器的压力也经历了偏离额定值升高而后又回到额定值的过程。3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(1)压力波动的原因（3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(1)压力波动的原因（D）一回路冷却剂泄漏造成稳压器压力下降压力下降是一回路泄漏最敏感的征兆。一回路的任何泄漏都导致压力下降。(2)稳压器内瞬变过程（A）稳压器体积变化原理反应堆冷却剂平均温度变化→冷却剂体积膨胀或收缩→部分冷却剂经波动管涌入或离开稳压器→稳压器内汽腔体积的收缩或膨胀。3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(1)压力波动的原因（3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(2)稳压器内瞬变过程图3.52负荷骤增时稳压器压力变化(控制系统不工作)二回路负荷突然增加→冷却剂平均温度降低→冷却剂体积收缩→稳压器汽腔体积膨胀→压力突然降低,

→原来处于平衡态下的饱和水在（低压力下）成为过热→部分水闪蒸,→汽腔中蒸汽密度增加→压力略有回升→至一个新的平衡压力（小于初始压力）。(B)不考虑喷淋和加热器工作1）反应堆冷却剂平均温度骤降的情况3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(2)稳压器内瞬变过3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(2)稳压器内瞬变过程二回路负荷突然降低→二回路载出功率小于一回路发出功率→一回路温度迅速升高。冷却剂温度骤升→一回路热管段的水突然涌入稳压器,→稳压器水位上升→汽腔受到挤压→压力暂时上升;热管段的水低于饱和温度→涌入的过冷水使稳压器内的水过冷,→部分蒸汽凝结→蒸汽压力下降,（凝结热使水温上升）→平衡在一个新的压力,（低于初始额定压力)。(B)不考虑喷淋和加热器工作2）反应堆冷却剂平均温度骤升的情况3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(2)稳压器内瞬变过3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(2)稳压器内瞬变过程稳压器压力降低时,加热使部分水被蒸发为饱和汽;稳压器压力高于整定值时,喷淋装置向汽空间喷洒过冷水使部分蒸汽凝结,当涌入过冷水过多时,为保持稳压器内的水处于饱和状态,加热器启动将涌入的冷水加热至饱和状态。(C)喷淋和加热器工作的情况1）运行工作压力下水和蒸汽的密度使稳压器具备良好的瞬态响应特性。图3.54饱和水和蒸汽p-v图3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(2)稳压器内瞬变过3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(2)稳压器内瞬变过程在一回路运行压力下,水的密度大约为蒸汽密度的5.8倍,即将饱和水加热成饱和汽时,就发生了4.8倍的体积变化,由于稳压器汽空间容积由水位控制系统确定,所以加热水为饱和汽时蒸汽密度必然增加,密度增加使压力提高。喷淋过冷水使部分蒸汽凝结,蒸汽密度降低导致压力下降,稳压器正是通过改变其汽空间蒸汽的密度来实现压力调节的。(C)喷淋和加热器工作的情况1）运行3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(2)稳压器内瞬变过3.5稳压器3.5.3稳压器压力控制系统(1)稳压器压力控制原理当出现压力的正波动时：喷淋系统当出现压力的负波动时：闪蒸，电加热器3.5稳压器3.5.3稳压器压力控制系统(1)稳压器压力控汽相液相第一种方法:加热的效应T稳压器T热段T平均T冷段第二种方法，喷淋效应P(bar)20015050100汽相液相第一种方法:加热的效应T稳压器T热段T平3.5稳压器3.5.3稳压器压力控制系统(2)稳压器压力控制系统原理(A)控制系统原理图单参数(压力)、多通道的调节系统3.5稳压器3.5.3稳压器压力控制系统(2)稳压器压力控3.5稳压器3.5.3稳压器压力控制系统(2)稳压器压力控制系统原理(B)工作原理主通道控制器：比例积分微分控制器(PID）ProportionIntegrationDifferentiation.3.5稳压器3.5.3稳压器压力控制系统(2)稳压器压力控PID控制器各校正环节的作用如下：

比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减小偏差。

积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数T,T越大，积分作用越弱，反之则越强。

微分环节：反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。PID控制器各校正环节的作用如下：PID是一种线性控制器，它根据给定值rin(t)与实际输出值yout(t)构成控制方案：PID的控制规律为:PID是一种线性控制器，它根据给定值rin(t)与实际输出值3.5稳压器3.5.3稳压器压力控制系统(2)稳压器压力控制系统原理(B)工作原理主通道控制器：比例积分微分控制器(PID）压力变送器得到的稳压器压力p与整定值pref相比较；控制器将压力偏差p–pref

进行比例积分微分运算；输出的补偿压差信号p–pref

用来对喷淋阀和比例加热器进行连续控制,对通断式加热器实施断续控制。3.5稳压器3.5.3稳压器压力控制系统(2)稳压器压力控3.5稳压器3.5.4稳压器压力控制系统(3)稳压器压力控制程序(A)压力升高时的控制与保护动作1）比例喷雾阀开压力升高至15.67MPa时,比例喷雾阀开,在压力达到16.02MPa时,比例喷雾阀达到满开度。在15.67MPa～16.02MPa之间,比例喷雾阀开度线性增加。2）高压停堆压力达到16.55MPa

时,实行高压停堆保护。3.5稳压器3.5.4稳压器压力控制系统(3)稳压器压力控3.5稳压器3.5.4稳压器压力控制系统(3)稳压器压力控制程序(A)压力升高时的控制与保护动作3）第一只安全阀开启压力为16.6MPa时,达到第一个安全阀的开启定值点,若因安全阀开启压力下降,则达到16.0MPa时,此安全阀关闭。第二只安全阀开启压力为17.0MPa,关闭压力为16.4MPa。第三只安全阀开启压力为17.2MPa,关闭压力为16.6MPa。3.5稳压器3.5.4稳压器压力控制系统(3)稳压器压力控3.5稳压器3.5.4稳压器压力控制系统(3)稳压器压力控制程序(B)压力降低时的控制与保护动作1）通断式加热器投入当稳压器压力低于整定值0.17MPa时,发出低压报警(低压1),通断式加热器投入;若压力回升,则当压力低于整定值0.1MPa时,通断式加热器断开。2）低压紧急停堆若压力继续下降至15.2MPa时,发出低压报警(低压2);当压力达到13.1MPa时,实行紧急停堆。3.5稳压器3.5.4稳压器压力控制系统(3)稳压器压力控3.5稳压器3.5.4稳压器压力控制系统(3)稳压器压力控制程序(B)压力降低时的控制与保护动作3）闭锁喷淋阀压力降至14.9MPa时,发出低压报警(低压3),同时闭锁喷淋阀。4）低压安注压力降至13.9MPa

时,达到P-11的定值点,当压力继续下降到11.93MPa时,便达到低压安注定值点。3.5稳压器3.5.4稳压器压力控制系统(3)稳压器压力控3.5稳压器3.5.5稳压器水位控制系统(1)稳压器水位控制原理电厂加热升温或冷却降温过程→反应堆冷却剂平均温度Tav

变化→应堆冷却剂体积膨胀或收缩;

负荷瞬变→Tav随负荷改变→一回路冷却剂的体积随负荷改变；一回路的任何泄漏→冷却剂量的减少。通过控制稳压器的水位,来保持一回路冷却剂的适当装量。(2)稳压器水位控制系统任务3.5稳压器3.5.5稳压器水位控制系统(1)稳压器水位控温度•

水的比容随温度的变化关系曲线容积1.4m3/1000kg3000C可见，当一回路的水从冷态升温到热态时，水的比体积约增加40%温度•水的比容随温度的变化关系曲线容积1.4m33.5稳压器3.5.5稳压器水位控制系统(1)稳压器水位控制原理(A)水位定值水位定值规定了在电厂不同负荷下稳压器水位应具有的值,又叫做程序水位。稳压器的程序水位与一回路平均温度Tav

成线性关系。水位上限值是应使稳压器有足够的蒸汽空间,以利于稳压器的压力调节;下限是在水位负波动瞬变中保证电加热器不露出水面,以防加热器烧毁。图3-56稳压器水位整定值水位温度稳压器不允许发生满溢和排空现象3.5稳压器3.5.5稳压器水位控制系统(1)稳压器水位控3.5稳压器3.5.5稳压器水位控制系统(1)稳压器水位控制原理(B)水位调节的干扰量核电厂运行时,维持下泄流基本不变,靠改变上充流量来实现水位调节；快速瞬态负荷变化仍然会造成水位偏离整定值,此时水位控制系统根据稳压器实际水位偏离整定值的大小通过上充流量调节阀改变上充流量来调节水位。除了由于负荷变化引起冷却剂平均温度改变而使稳压器水位发生变化外,实际水位与水位整定值之间的差值也可能由上充流量与下泄流量不平衡而产生。3.5稳压器3.5.5稳压器水位控制系统(1)稳压器水位控3.5稳压器3.5.5稳压器水位控制系统(1)稳压器水位控制原理(C)水位调节原理1）主调节器是水位调节器,处理水位误差信号,并加上下泄流量计算出上充流量设定值。2）副调节器是流量调节器,它处理上充流量误差信号,去调节上充流量调节阀来改变上充流量,以调节稳压器水位。两个调节器组成串级调节系统。3.5稳压器3.5.5稳压器水位控制系统(1)稳压器水位控3.5稳压器3.5.5稳压器水位控制系统(1)稳压器水位控制原理(D)水位控制系统的控制保护动作当测量水位比整定值低5%时,发出低1

报警信号;如果水位测量值小于14%,则发出稳压器水位低2

的报警信号,并断开所有的加热器,以免加热器裸露出水面而损坏;如果水位测量值小于10%,则关闭通往化容系统的下泄隔离阀和下泄孔板隔离阀,并发出稳压器水位低3报警。当测量水位比水位整定值高5%时,发出高1

报警,并自动投入通断式加热器,这是由于有大量的一回路欠热水涌入了稳压器,若不及时投入加热器,会导致压力下降太大,投入加热器将这些欠热水加热到饱和状态,以便将压力恢复至整定值附近。当水位达到70%时,发出水位高2报警信号;当3个水位变送器中至少2个的量程达到满量程的86%,且P-7信号存在(低功率停堆闭锁解除)时,触发紧急停堆和高压报警信号。3.5稳压器3.5.5稳压器水位控制系统(1)稳压器水位控3.5稳压器3.5.6稳压器设计准则(1)RCS压力波动分类(D)水位控制系统的控制保护动作1）慢速波动反应堆冷却剂系统以28℃/h速率升温和降温,属核电厂操作规程推荐的正常升温或冷却速率。2）中速波动核电厂以每分钟5%的额定功率线性升降功率,或按10%额定功率阶跃升、降功率的过程属于此类,在后一种工况下,反应堆冷却剂平均温度最高变化速率可达每秒零点几度。3.5稳压器3.5.6稳压器设计准则(1)RCS压力波动分3.5稳压器3.5.6稳压器设计准则(1)RCS压力波动分类(D)水位控制系统的控制保护动作3）快速波动核电厂发生甩负荷、大破口失水事故、弹棒事故等时,冷却剂温度最高变化速率可达每秒几度以上图3.53几种典型工况下压力瞬变曲线3.5稳压器3.5.6稳压器设计准则(1)RCS压力波动分3.5稳压器3.5.7稳压器容积计算略，此部分内容不作考试要求3.5.8稳压器瞬态过程分析模型3.5稳压器3.5.7稳压器容积计算略，此部分内容不作考试课后作业1主泵的扬程2水锤现象3气蚀4干度NRC

SGRCPPWRBWRRPVRCS

一名词解释：二请写出核电厂系统与设备中英文缩略词的英文全称和中文全称：课后作业1主泵的扬程NRC一名词解释：二请写出核电课后作业1反应堆冷却剂系统(一回路系统)功能2压水堆本体由哪些主要设备组成3压水反应堆有哪两种燃料元件排列方式4什么是黑棒和灰棒5反应堆压力容器有哪些基本参数6控制棒驱动机构作用7主泵的作用8轴封泵由哪三部分组成9（电机）防逆转装置的作用10压水堆核电厂使用较广泛的3种SG11立式自然循环U形管蒸汽发生器由哪几部分组成12稳压器压力控制原理13蒸汽发生器的作用课后作业1反应堆冷却剂系统(一回路系统)功能本课程课程目录《核电厂系统与设备》共32学时序号教学内容总学时1第1章绪论22第2章压水堆核电厂43第3章反应堆冷却剂系统和设备64第4章核岛主要辅助系统45第5章专设安全设施46第6章核电厂热力学27第7章核汽轮发电机组48第8章核电厂二回路热力系统2本课程课程目录《核电厂系统与设备》3.1反应堆冷却剂系统3.2反应堆本体结构3.3反应堆冷却剂泵3.4蒸汽发生器3.5稳压器本章目录3.1反应堆冷却剂系统本章目录3.5稳压器3.5.1稳压器的功能(1)基本功能建立并维持一回路系统的压力,避免冷却剂在反应堆内发生容积沸腾。在电厂稳态运行时,将一回路压力维持在恒定压力下;在一回路系统瞬态时,将压力变化限制在允许值以内;在事故时,防止一回路系统超压,维护一回路的完整性；作为一回路系统的缓冲容器,吸收一回路系统水容积的迅速变化。(2)具体功能3.5稳压器3.5.1稳压器的功能(1)基本功能建立并维持3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(1)稳压器的分类按原理和结构形式：气罐式稳压器和电加热式稳压器。(2)气罐式稳压器的工作原理（容积补偿箱）由空气压缩机、气罐、空气联箱和相关的阀门管道组成。当稳压器压力降低时,向稳压器补充压缩空气;当稳压器压力高于整定值时,安装于空气联箱上的阀门开启放气,以恢复稳压器压力。气罐式稳压器系统容积大,控制品质低,空气溶于水中,造成系统设备腐蚀。（淘汰）/NN-Pressurizer_in_place_at_new_Russian_unit-2008125.html3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(1)稳压器的分类3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(3)电加热式稳压器（A）本体结构高13m,直径2.5m,上下端为半球形封头,总容积约40m3,汽相空间23.8m3

，净重约80t（B）基本参数卸压管嘴;喷淋管嘴;安全阀管嘴;入孔;上封头;仪表管嘴;吊耳;壳体;下封头;电加热器;支承裙;波动管嘴;加热器支撑板3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(3)电加热式稳压/images/pzr-c.jpg/3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(4)稳压器喷淋系统（A）组成稳压器喷淋系统由两条接到两个环路的冷管段的喷淋管线组成冷管端热管端3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(4)稳压器喷淋系3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(4)稳压器喷淋系统（A）组成每个喷淋管线上有一个自动控制的气动调节阀门,每个阀的最大喷淋流量为72m3/h,

喷淋降压速率为1.3MPa/min。阀门装有一个保持小流量的下档块,使阀门不能完全关闭,形成230L/h连续喷淋流量。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;为调节组(比例组)电加热器提供一个调节基值功率。（B）连续喷淋的目的3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(4)稳压器喷淋系3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(4)稳压器喷淋系统（C）喷淋的驱动力反应堆冷却剂泵出口与喷头出口间的压差稳压器的公共喷淋管路呈倒U形,以便形成一个水封,防止蒸汽积聚在喷淋阀后。（D）倒U形水封作用3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(4)稳压器喷淋系3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(5)稳压器电加热器（A）加热元件直管护套型电加热元件。加热元件的护套管上端用塞焊密封,下端用连接管座密封。镍铬合金电热丝作为加热元件放在不锈钢护套管中心,周围用压紧的氧化镁与套管绝缘。（A）加热元件参数加热元件共60根,总加热功率为1400kW,分成6组；3、4组为比例组,每组功率为216kW,以可调方式运行;其余4组为固定组,以通断方式运行,其中1、2组每组功率为216kW;5、6组每组功率为288kW；加热器的最小设计寿命为有效工作2万小时,每个加热元件可以单独更换；3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(5)稳压器电加热3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置（A）两种卸压管线第一种：3条安全阀卸压管线,每条管线上有一只弹簧压力式安全阀,当稳压器压力达到各安全阀开启定值时,进行事故排放；第二种：卸压管线上装有动力操作的卸压阀和电动隔离阀,卸压阀的开启压力低于安全阀的开启压力,当压力升至卸压阀开启压力时,卸压阀开启,压力下降至一定值时,卸压阀回座,停止排放;当发生卸压阀不能回座故障时,操纵员可以在主控制室根据卸压阀开关状态指示人为关闭与之相串联的电动隔离阀,以防止出现卸压阀不能回座造成的泄漏事故。3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置（B）三哩岛事故前稳压器卸压管线图3.48三哩岛事故前稳压器卸压管线的设计1—稳压器;2—卸压阀;3—安全阀;4—卸压箱一回路升压导致卸压阀开启,卸压阀回座失效造成小破口事故。卸压阀缺乏位置指示和操纵员没及时发现卸压阀开启状态指示灯造成持续的泄漏。暴露了超压保护装置在设计上的缺点。3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置由3条各装有2只串联先导启动式阀门组成的超压保护装置(又称Sebim阀)3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置（C）法国电力公司Sebim阀由3条各装有2只串联先导启动式阀门组成的超压保护装置(又称组成：先导部分和主阀部分3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置（C）法国电力公司Sebim阀主阀部分：一个液压启动随动阀,提供卸压功能主阀相当于一个活塞，上升时开启卸压，下降时关闭活塞阀心组成：先导部分和主阀部分3.5稳压器3.5.2稳压器及其附3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置（C）法国电力公司Sebim阀先导部分：起压力检测和控制元件的作用。先导阀动作将介质（蒸汽）导入上腔（增大压力）或将上腔空间介质排出（减少压力）先导阀动作改变了活塞（主阀）上下的压力差，产生较大不平衡力，带动阀习开启和关闭上腔活塞向上腔导入介质传动杆借助一个凸轮启动两个先导阀R1和R2。阀心排出上腔介质3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置核电厂系统与设备-35-稳压器课件3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置（D）安全阀运行原理1）当稳压器压力低于先导阀的整定压力时,先导阀的传动杆在上面位置,先导阀R1开启使稳压器与主阀活塞上部接通,由于主阀活塞表面积比阀盘大,因此安全阀呈关闭状态。2）当稳压器压力升高时,它作用于先导活塞,使先导传动杆向下,先导阀R1关闭,使主阀活塞上部与稳压器隔离,此时安全阀仍保持关闭。3）当稳压器压力继续升高,达到先导阀压力整定值时,先导传动杆进一步向下,使先导阀R2

开启,主阀活塞上部容纳的流体排出,作用于主阀阀盘上的稳压器压力使安全阀开启。3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置（D）安全阀运行原理4）当稳压器压力降低时,先导传动杆上升,先关先导阀R2,然后开启R1,使主阀活塞上部与稳压器接通,安全阀关闭。5）安全阀在低于其整定压力下,通过使电磁线圈通电,可强制开启。6）若先导阀R1处于开启位置(即压力低于先导阀R1的整定压力),通过使电磁线圈断电,在主阀活塞上可重新建立压力并关闭安全阀。反之,若先导阀R1维持关闭(稳压器压力高于R1的整定值),则不能重建主阀活塞上的压力,且安全阀维持开启状态。3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置（E）隔离阀隔离阀的结构和工作原理与安全阀相同,只是开启定值不同。当安全阀正常开启,且一回路压力高于隔离阀关闭定值时,隔离阀保持在打开位置。当安全阀发生卡开故障,而冷却剂压力下降到隔离阀关闭定值以下时,隔离阀关闭,从而避免了一回路压力失控下降。3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置（F）稳压器安全阀整定压力组阀门开启压力/MPa关闭压力/MPa第一组隔离阀14.613.9安全阀16.616.0第二组隔离阀14.613.9安全阀17.016.4第三组隔离阀14.613.9安全阀17.216.6表3.10稳压器安全阀整定压力3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(6)超压保护装置3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(7)稳压器卸压箱（A）功能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。（B）结构3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(7)稳压器卸压箱3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(7)稳压器卸压箱（C）运行正常运行时,卸压箱的约2/3容积充水,水面上用氮气覆盖,水温维持在40℃。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。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。3.5稳压器3.5.2稳压器及其附属设备(7)稳压器卸压箱3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(1)压力波动的原因（A）压力变化来源冷却剂温度变化→体积变化→压力变化（B）瞬变过程中反应堆冷却剂体积变化瞬变过程中反应堆冷却剂体积变化的基本原因是反应堆功率PR

与二回路载出功率PS

失配,3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(1)压力波动的原因（3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(1)压力波动的原因（C）负荷阶跃降低10%瞬变过程中一回路主要参数的变化图3-51负荷阶跃降低10%额定功率的瞬变过程汽机负荷阶跃下降10%额定功率时,汽轮机调节阀开度减小,反应堆功率控制系统应使堆功率相应降低,但由于测量和控制系统存在滞后,反应堆功率的减少落后于汽轮机负荷的降低,从而引起一回路、二回路间功率的失配,导致冷却剂温度升高。3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(1)压力波动的原因（

所谓自稳性是指反应堆出现内、外扰动时，反应堆能维持原功率水平的特性。

例如，当反应堆引入一个正的反应性扰动ρex时，反应堆中子通量将突然增加Δn，燃料温度增加ΔTf，慢化剂平均温度跟着增加ΔTav，由于温度效应而产生一个负反应性，抵消了正反应性扰动的作用，最后，中子通量基本上能恢复到初始值。所谓自稳性是指反应堆出现内、外扰动时，反应堆能维持原

所谓自调性是指负荷变化时，反应堆自身能迅速达到热平衡。

例如，汽轮机负荷突然增加ΔPH，则汽轮机转速降低Δf，调节器使汽轮机阀门开度增加ΔK，蒸汽流量增加ΔFs，于是蒸汽压力降低ΔPs，蒸汽温度降低ΔTs，使一回路冷却剂平均温度降低ΔTav，由于负温度系数而产生一个正反应性，使中子通量密度上升Δn，燃料温度上升ΔTf，产生一个负反应性，抵消了冷却剂平均温度降低产生的正反应性。最后，反应堆达到新的平衡状态，使反应堆功率与负荷要求一致。所谓自调性是指负荷变化时，反应堆自身能迅速达到3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(1)压力波动的原因（C）负荷阶跃降低10%瞬变过程中一回路主要参数的变化图3-51负荷阶跃降低10%额定功率的瞬变过程经过超调和振荡过程后,堆功率和汽机负荷趋于平衡。此过程中反应堆冷却剂平均温度先是由额定值上升,达到一峰值后逐渐降低,最后稳定在新的功率水平下对应的整定值上。稳压器的压力也经历了偏离额定值升高而后又回到额定值的过程。3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(1)压力波动的原因（3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(1)压力波动的原因（D）一回路冷却剂泄漏造成稳压器压力下降压力下降是一回路泄漏最敏感的征兆。一回路的任何泄漏都导致压力下降。(2)稳压器内瞬变过程（A）稳压器体积变化原理反应堆冷却剂平均温度变化→冷却剂体积膨胀或收缩→部分冷却剂经波动管涌入或离开稳压器→稳压器内汽腔体积的收缩或膨胀。3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(1)压力波动的原因（3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(2)稳压器内瞬变过程图3.52负荷骤增时稳压器压力变化(控制系统不工作)二回路负荷突然增加→冷却剂平均温度降低→冷却剂体积收缩→稳压器汽腔体积膨胀→压力突然降低,

→原来处于平衡态下的饱和水在（低压力下）成为过热→部分水闪蒸,→汽腔中蒸汽密度增加→压力略有回升→至一个新的平衡压力（小于初始压力）。(B)不考虑喷淋和加热器工作1）反应堆冷却剂平均温度骤降的情况3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(2)稳压器内瞬变过3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(2)稳压器内瞬变过程二回路负荷突然降低→二回路载出功率小于一回路发出功率→一回路温度迅速升高。冷却剂温度骤升→一回路热管段的水突然涌入稳压器,→稳压器水位上升→汽腔受到挤压→压力暂时上升;热管段的水低于饱和温度→涌入的过冷水使稳压器内的水过冷,→部分蒸汽凝结→蒸汽压力下降,（凝结热使水温上升）→平衡在一个新的压力,（低于初始额定压力)。(B)不考虑喷淋和加热器工作2）反应堆冷却剂平均温度骤升的情况3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(2)稳压器内瞬变过3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(2)稳压器内瞬变过程稳压器压力降低时,加热使部分水被蒸发为饱和汽;稳压器压力高于整定值时,喷淋装置向汽空间喷洒过冷水使部分蒸汽凝结,当涌入过冷水过多时,为保持稳压器内的水处于饱和状态,加热器启动将涌入的冷水加热至饱和状态。(C)喷淋和加热器工作的情况1）运行工作压力下水和蒸汽的密度使稳压器具备良好的瞬态响应特性。图3.54饱和水和蒸汽p-v图3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(2)稳压器内瞬变过3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(2)稳压器内瞬变过程在一回路运行压力下,水的密度大约为蒸汽密度的5.8倍,即将饱和水加热成饱和汽时,就发生了4.8倍的体积变化,由于稳压器汽空间容积由水位控制系统确定,所以加热水为饱和汽时蒸汽密度必然增加,密度增加使压力提高。喷淋过冷水使部分蒸汽凝结,蒸汽密度降低导致压力下降,稳压器正是通过改变其汽空间蒸汽的密度来实现压力调节的。(C)喷淋和加热器工作的情况1）运行3.5稳压器3.5.3稳压器工作原理(2)稳压器内瞬变过3.5稳压器3.5.3稳压器压力控制系统(1)稳压器压力控制原理当出现压力的正波动时：喷淋系统当出现压力的负波动时：闪蒸，电加热器3.5稳压器3.5.3稳压器压力控制系统(1)稳压器压力控汽相液相第一种方法:加热的效应T稳压器T热段T平均T冷段第二种方法，喷淋效应P(bar)20015050100汽相液相第一种方法:加热的效应T稳压器T热段T平3.5稳压器3.5.3稳压器压力控制系统(2)稳压器压力控制系统原理(A)控制系统原理图单参数(压力)、多通道的调节系统3.5稳压器3.5.3稳压器压力控制系统(2)稳压器压力控3.5稳压器3.5.3稳压器压力控制系统(2)稳压器压力控制系统原理(B)工作原理主通道控制器：比例积分微分控制器(PID）ProportionIntegrationDifferentiation.3.5稳压器3.5.3稳压器压力控制系统(2)稳压器压力控PID控制器各校正环节的作用如下：

比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减小偏差。

积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数T,T越大，积分作用越弱，反之则越强。

微分环节：反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。PID控制器各校正环节的作用如下：PID是一种线性控制器，它根据给定值rin(t)与实际输出值yout(t)构成控制方案：PID的控制规律为:PID是一种线性控制器，它根据给定值rin(t)与实际输出值3.5稳压器3.5.3稳压器压力控制系统(2)稳压器压力控制系统原理(B)工作原理主通道控制器：比例积分微分控制器(PID）压力变送器得到的稳压器压力p与整定值pref相比较；控制器将压力偏差p–pref

进行比例积分微分运算；输出的补偿压差信号p–pref

用来对喷淋阀和比例加热器进行连续控制,对通断式加热器实施断续控制。3.5稳压器3.5.3稳压器压力控制系统(2)稳压器压力控3.5稳压器3.5.4稳压器压力控制系统(3)稳压器压力控制程序(A)压力升高时的控制与保护动作1）比例喷雾阀开压力升高至15.67MPa时,比例喷雾阀开,在压力达到16.02MPa时,比例喷雾阀达到满开度。在15.67MPa～16.02MPa之间,比例喷雾阀开度线性增加。2）高压停堆压力达到16.55MPa

时,实行高压停堆保护。3.5稳压器3.5.4稳压器压力控制系统(3)稳压器压力控3.5稳压器3.5.4稳压器压力控制系统(3)稳压器压力控制程序(A)压力升高时的控制与保护动作3）第一只安全阀开启压力为16.6MPa时,达到第一个安全阀的开启定值点,若因安全阀开启压力下降,则达到16.0MPa时,此安全阀关闭。第二只安全阀开启压力为17.0MPa,关闭压力为16.4MPa。第三只安全阀开启压力为17.2MPa,关闭压力为16.6MPa。3.5稳压器3.5.4稳压器压力控制系统(3)稳压器压力控3.5稳压器3.5.4稳压器压力控制系统(3)稳压器压力控制程序(B)压力降低时的控制与保护动作1）通断式加热器投入当稳压器压力低于整定值0.17MPa时,发出低压报警(低压1),通断式加热器投入;若压力回升,则当压力低于整定值0.1MPa时,通断式加热器断开。2）低压紧急停堆若压力继续下降至15.2MPa时,发出低压报警(低压2);当压力达到13.1MPa时,实行紧急停堆。3.5稳压器3.5.4稳压器压力控制系统(3)稳压器压力控3.5稳压器3.5.4稳压器压力控制系统(3)稳压器压力控制程序(B)压力降低时的控制与保护动作3）闭锁喷淋阀压力降至14.9MPa时,发出低压报警(低压3),同时闭锁喷淋阀。4）低压安注压力降至13.9MPa

时,达到P-11的定值点,当压力继续下降到11.93MPa时,便达到低压安注定值点。3.5稳压器3.5.4稳压器压力控制系统(3)稳压器压力控3.5稳压器3.5.5稳压器水位控制系统(1)稳压器水位控制原理电厂加热升温或冷却降温过程→反应堆冷却剂平均温度Tav

变化→应堆冷却剂体积膨胀或收缩;

负荷瞬变→Tav随负荷改变→一回路冷却剂的体积随负