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2019/10/30,1,注冊核安全工程師綜合知識（新） 第四章 民用核安全設(shè)備基礎(chǔ)知識,潘英杰 郵箱：panyj 2013年7月北京,2019/10/30,2,引 言,依據(jù)民用核安全設(shè)備監(jiān)督管理條例 （國務(wù)院第500號令）民用核安全設(shè)備是指在民用核設(shè)施中使用的執(zhí)行核安全功能的設(shè)備，包括核安全機(jī)械設(shè)備和核安全電氣設(shè)備。 民用核安全設(shè)備是民用核設(shè)施安全防護(hù)實體屏障的核心，其質(zhì)量和可靠性直接關(guān)系到核設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行。,2019/10/30,3,第一節(jié) 民用核安全設(shè)備的特殊性,1、設(shè)計基準(zhǔn)的確定原則不同。必須考慮在設(shè)計基準(zhǔn)事故工況下仍能可靠地執(zhí)行其規(guī)定的安全功能。 2、所有應(yīng)用于設(shè)計和驗證的計算分析軟件和驗證設(shè)施（試驗臺架、回路等）需通過國家核安全監(jiān)管部門的認(rèn)可。 3、設(shè)備必須根據(jù)相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)備鑒定。在事故工況下，設(shè)備的可運(yùn)行性和功能能夠滿足預(yù)定的要求。 4、設(shè)備的設(shè)計、制造、安裝、焊接和無損檢驗等,必須采用成熟的且經(jīng)過驗證的技術(shù)或工藝。 5、設(shè)備的設(shè)計、制造、安裝和無損檢驗的單位，必須通過haf601或haf604資格審查。 6、設(shè)備的設(shè)計、制造、安裝和無損檢驗的單位，必須建立滿足haf003的要求的質(zhì)量保證體系，并在有效控制之下。 7、設(shè)備的相關(guān)活動，包括設(shè)計、制造、安裝、試驗、運(yùn)行、在役檢查、維修和退役等，必須在國家核安全監(jiān)管部門的監(jiān)督下，處于嚴(yán)格受控狀態(tài)。 8、核電站核島主設(shè)備：反應(yīng)堆壓力容器(壓力殼)、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器等部件，需考慮冷卻劑腐蝕、核裂變中子輻照、冷卻劑沖刷及振動等惡劣環(huán)境工作40-60年。 9、部分二回路管道設(shè)備，由于蒸汽流量速度大得多，必須考慮引起流體加速腐蝕(fac)特殊問題。 10.民用核安全設(shè)備監(jiān)管條例由報國務(wù)院標(biāo)準(zhǔn)化主管部門發(fā)布。 民用核安全設(shè)備行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)由國務(wù)院核行業(yè)主管部門組織擬定，經(jīng)國務(wù)院核安全監(jiān)管部門認(rèn)可，由國務(wù)院核行業(yè)主管部門發(fā)布，并報國務(wù)院標(biāo)準(zhǔn)化主管部門備案。”,2019/10/30,4,第二節(jié) 民用核安全設(shè)備的核安全分級要求,核動力廠設(shè)計安全規(guī)定（haf102）中明確規(guī)定了：“必須首先確定屬于安全重要物項的所有構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件，包括儀表和控制軟件，然后根據(jù)其安全功能和安全重要性進(jìn)行分級。它們的設(shè)計、建造和維修必須使其質(zhì)量和可靠性與這種分級相適應(yīng)”。,2019/10/30,5,核電廠的機(jī)械設(shè)備分為核安全1級、核安全2級、核安全3級和非核安全級,1、核安全1級：主要包括組成反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力邊界的所有設(shè)備（反應(yīng)堆壓力容器、反應(yīng)堆冷卻劑泵、穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器的一次側(cè)、控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)的殼體、主管道等） 2、核安全2級：主要指反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)承壓邊界內(nèi)不屬于核安全1級的各種設(shè)備。（冷卻劑壓力邊界的小直徑(dn10.4mm)的高能管道和閥門、安全殼隔離閥門、余熱排出系統(tǒng)部件、噴淋系統(tǒng)的主要部件、安全注射系統(tǒng)部件、安全殼貫穿件、氫氣控制和監(jiān)測系統(tǒng)等） 3、核安全3級：主要是指下述一些系統(tǒng)的設(shè)備。（提供硼酸的部件；給水系統(tǒng)處于安全殼外的部分；乏燃料貯存池冷卻水系統(tǒng)中的重要部件；用水系統(tǒng)和設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的管道、閥門、泵等）,2019/10/30,6,第三節(jié) 民用核安全設(shè)備標(biāo)準(zhǔn),（一）國內(nèi)核安全設(shè)備標(biāo)準(zhǔn) 我國秦山第一、秦山第三和在建的山東海陽等核電廠執(zhí)行的是美國asme規(guī)范；大亞灣、嶺澳和在建的遼寧紅沿河、廣東陽江等核電廠執(zhí)行的是法國壓水堆核島機(jī)械設(shè)計建造規(guī)則（ rcc-m規(guī)則），連云港田灣核電廠執(zhí)行俄羅斯的標(biāo)準(zhǔn)。 （二） 美國asme規(guī)范體系 機(jī)械工程師協(xié)會（asme三年修訂一次）、材料與試驗協(xié)會（astm）、電氣和電子工程師協(xié)會（ieee）、核學(xué)會（ans）等 （三）法國rcc-m規(guī)范體系 核電廠rcc規(guī)范系列包括rcc-p、rcc-g、rcc-m、rsem、rcc-e（核島機(jī)械設(shè)備）、rcc-i和rcc-c等，覆蓋了核電廠系統(tǒng)、構(gòu)筑物、機(jī)械設(shè)備、在役檢查、電氣設(shè)備、防火、燃料組件等幾乎全部的核電廠領(lǐng)域。 （四）俄羅斯核電廠標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)（法律法令、核安全法規(guī)及導(dǎo)則、專業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）,2019/10/30,7,第四節(jié) 民用核安全設(shè)備常用金屬結(jié)構(gòu)材料,（一）金屬結(jié)構(gòu)材料 （1）黑色金屬是指鐵和鐵的合金。如鋼、生鐵、鐵合金、鑄鐵等。 （2）黑色金屬是指鐵和鐵的合金。如鋼、生鐵、鐵合金、鑄鐵等。 （二）金屬結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度等。 （1）強(qiáng)度 強(qiáng)度是在外力作用下，材料抵抗塑性變形和斷裂的能力。,2019/10/30,8,在工程上常用來表示金屬材料強(qiáng)度等級的指標(biāo)有屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度 （1）強(qiáng)度,2019/10/30,9,圖2-13 典型的金屬拉伸曲線 a、屈服強(qiáng)度 b. 抗拉強(qiáng)度,2019/10/30,10,(2)塑性,(a) 伸長率a a= （l1-l0）/l0 100% 式中： l0試樣原標(biāo)距的長度（mm） l1試樣拉斷后的標(biāo)距長度（mm） (b) 斷面收縮率z z= （a0-a1）/a0 100% 式中：a0試樣的原始截面積（mm2） a1試樣斷面處的最小截面積（mm2）,注冊核安全工程師講稿提綱,2019/10/30,11,(3) 硬度,注冊核安全工程師講稿提綱,金屬材料抵抗其它更硬的物體壓入其內(nèi)的能力，叫硬度。 a、布氏硬度（hb）用布氏硬度機(jī)測試出來的硬度叫布氏硬度。 圖2-15 布氏硬度,2019/10/30,12,注冊核安全工程師講稿提綱,b、 洛氏硬度（hr）在洛氏硬度機(jī)上測試出來的硬度叫洛氏硬度。,2019/10/30,13,（4）沖擊韌度（ak）,2019/10/30,14,（5）疲勞強(qiáng)度,疲勞破壞是機(jī)械零件失效的主要原因之一 據(jù)統(tǒng)計，在機(jī)械零件失效中大約有80%以上屬于疲勞破壞。 由于疲勞破壞前沒有明顯的變形，所以疲勞破壞經(jīng)常造成重大事故，所以對于軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等承受交變載荷的零件要選擇疲勞強(qiáng)度較好的材料來制造。,2019/10/30,15,（三）鋼材的非鐵元素及其對性能的影響,結(jié)構(gòu)鋼分為分為碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼中往往添加碳、硅、錳、硫、磷。 合金結(jié)構(gòu)鋼中添加一定量的合金元素，如硅、錳、鉬、鎳、硌、礬、鈦、鈮、硼、鉛、稀土等其中的一種或幾種。 其中含量多少對鋼材性能影響較大。,2019/10/30,16,碳（c）：,超過0.23%時，鋼的焊接性能變差，碳量一般不超過0.20%。 硫（s）： 具有熱脆性， 使焊接性變差，硫還能降低鋼的塑性和沖擊韌性。 氧（o）： 有害作用同硫，增加鋼的脆性 硅（si）： 過量的硅會降低鋼的塑性和沖擊韌性，惡化鋼材的抗腐蝕性和焊接性。,2019/10/30,17,鉻（cr）：,在結(jié)構(gòu)鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。 鋁(al)： 鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性。,2019/10/30,18,鎳(ni)：,鎳能提高鋼的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。 釩(v)： 釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。釩與碳形成的碳化物，可提高在高溫高壓下抗氫腐蝕能力。 氮(n): 氮能提高鋼的強(qiáng)度，低溫韌性和焊接性。 氮(n): 氮能提高鋼的強(qiáng)度，低溫韌性和焊接性。,2019/10/30,19,（四） 輻照對金屬材料的影響,輻照生長：能在一定晶面上聚集，從而造成某些材料沿一定方向的尺寸隨輻照而顯著變化。輻照生長對各向異性的核燃料(如鈾、钚)和結(jié)構(gòu)材料（如石墨、鋯）是一個很重要的問題。 輻照腫脹：空位和惰性氣體原子的聚集可以造成輻照腫脹。它表現(xiàn)為材料的體積和密度隨輻照發(fā)生變化。核燃料在較高溫度時以及快中子堆中的不銹鋼都有腫脹問題。 輻照蠕變：可以導(dǎo)致蠕變或加速熱蠕變。輻照蠕變和輻照劑量或輻照通量有關(guān)。 輻照硬化和輻照脆化:使金屬硬化屈服強(qiáng)度提高等，對反應(yīng)堆壓力殼體鋼有重要威脅。,2019/10/30,20,（五）核安全設(shè)備常用鋼材,秦山一期和秦山二期一臺反應(yīng)堆壓力容器選用的就是sa508gr3鋼。 出于安全的考慮，法國rcc-m規(guī)范對承壓零件以及涉及安全功能的非承壓零件所用金屬材料有相當(dāng)多的特殊要求。該規(guī)范有一套非常完整而系統(tǒng)的體系來規(guī)范這些金屬材料的生產(chǎn)、采購和使用，具有較好的可操作性。,2019/10/30,21,第五節(jié) 主要民用核安全設(shè)備舉例,（一）反應(yīng)堆壓力容器 （日本福島第一核電廠的反應(yīng)堆壓力容器在極惡劣的環(huán)境下也未發(fā)生破裂）。反應(yīng)堆壓力容器長期工作在高溫（320左右）、高壓（15.5mpa左右）、含硼酸水介質(zhì)和高放射性輻照的條件下，屬于在核電廠整個壽期內(nèi)（一般40年至60年）不可更換的設(shè)備。 反應(yīng)堆壓力容器是核電廠最關(guān)鍵的部件之一，在核電廠安全分析中，不考慮其失效。 壓水堆核電廠反應(yīng)堆壓力容器是一個底部焊有半球形封頭的圓筒形承壓密封容器。,2019/10/30,22,反應(yīng)堆壓力容器結(jié)構(gòu)圖 壓力容器材料要求有較高的機(jī)械性能、抗輻照性能和熱穩(wěn)定性，常用材料一般為低合金高強(qiáng)度mn-mo-ni合金鋼。,2019/10/30,23,為了滿足壓力容器在高溫、高壓及強(qiáng)輻照條件下工作的特殊要求，考慮到核電廠壽期內(nèi)冷卻劑的流動沖刷，含硼水對材料的腐蝕，耐輻照性能及金屬的老化等因素，壓力容器材料要求有較高的機(jī)械性能、抗輻照性能和熱穩(wěn)定性，常用材料一般為低合金高強(qiáng)度mn-mo-ni鐵素體鋼高強(qiáng)度低鐵素體低合金鋼。 （1） 壓水堆核電廠鋼材我國、法、德、日均采用mn-ni-mo鋼如采用美國asme sa-508gr3cl1鍛件或法國的 rcc-m m213116mnd5鍛件等 （這兩種材料性質(zhì)相似）。,ap1000反應(yīng)堆壓力容器也采用asme sa-508 grade3 cl1鍛件和板材制造，筒體壁厚203mm，內(nèi)部帶有5.6mm厚的奧氏體不銹鋼（308l）堆焊層。 俄羅斯采用cr-ni-mo鋼。,2019/10/30,24,（2）高溫氣冷堆,高溫氣冷堆的反應(yīng)堆壓力容器比壓水堆的反應(yīng)堆壓力容器要大得多，且形狀比較細(xì)長。（筒體上段是由厚度為131mm的asme sa-533b鋼板拼焊而成，下段是由厚度為204mm的asme sa-508gr3整體鍛件焊接而成，下封頭是由厚度為83mm的asme sa-508gr3鍛板熱沖壓而成）。,2019/10/30,25,（3）ap1000反應(yīng)堆壓力容器,ap1000反應(yīng)堆壓力容器是由上封頭、上筒體、下筒體、過渡段、下封頭組成，也采用asme sa-508 grade3 cl1鍛件和板材制造，筒體壁厚203mm，內(nèi)部帶有5.6mm厚的奧氏體不銹鋼（308l）堆焊層。下封頭、過渡段、下筒體和上筒體焊接在一起。下封頭上沒有貫穿件，堆芯中子測量儀表從上封頭引入，減少了下封頭貫穿件失效引起的堆芯損壞風(fēng)險。,2019/10/30,26,（二）反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件,壓水堆堆內(nèi)構(gòu)件由高合金鋼制成。主要包括上部堆內(nèi)構(gòu)件和下部堆內(nèi)構(gòu)件兩大部分。 1.下部構(gòu)建,2019/10/30,27,2. 上部堆內(nèi)構(gòu)件,2019/10/30,28,（三）控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu),控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括內(nèi)部鉤爪組件、驅(qū)動軸組件、耐壓殼組件、磁軛線圈組件和位置指示組件，,2019/10/30,29,銷爪式磁力提升型控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu),2019/10/30,30,（四）蒸汽發(fā)生器,蒸汽發(fā)生器（sg）是壓水堆核電站一回路和二回路之間的樞紐，它將反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量傳遞給二回路，將二回路的給水變成蒸汽，推動汽輪機(jī)做功。（立式u形管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器和臥式自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器）。,2019/10/30,31,（五）、穩(wěn)壓器,穩(wěn)壓器是對一回路冷卻劑系統(tǒng)壓力進(jìn)行控制和超壓保護(hù)的重要設(shè)備，基本功能是建立并維持一回路系統(tǒng)的壓力，避免冷卻劑在反應(yīng)堆內(nèi)發(fā)生容積沸騰。 穩(wěn)壓器分為氣罐式和電加熱式兩種。,2019/10/30,32,立式u形管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器,2019/10/30,33,穩(wěn)壓器 穩(wěn)壓器高強(qiáng)度低合金mn-mo-ni鐵素體鍛鋼制成,2019/10/30,34,（六）、反應(yīng)堆冷卻劑泵,反應(yīng)堆冷卻劑泵（簡稱主泵）是壓水堆冷卻劑回路系統(tǒng)中唯一高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備，又是十分精密功率強(qiáng)大的設(shè)備，屬于壓水堆電站的關(guān)鍵設(shè)備之一。 主泵多是立式、單級軸密封泵,2019/10/30,35,立式、單級軸密封泵 立式冷卻劑泵從底部到頂部可分為三個部分，即水力機(jī)械部分、軸密封組件部分和電動機(jī)部分。,2019/10/30,36,泵的選用,美國的ap600和ap1000堆型核電站采用的是每個環(huán)路并聯(lián)兩臺全密封的屏蔽離心泵，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的一臺軸密封泵。高溫氣冷堆采用氦氣作為冷卻劑，氦氣流動動力來自于氦風(fēng)機(jī)。每個環(huán)路2臺氦風(fēng)機(jī)，直接位于蒸汽發(fā)生器的頂部。 大亞灣核動力廠主循環(huán)泵是空氣冷卻、立式、電動、單級離心泵，帶有可控泄漏軸封裝置。,2019/10/30,37,（七）、主管道,壓水堆核電站的反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)由24個環(huán)路組成，每條環(huán)路包括一臺蒸汽發(fā)生器、一臺主泵和將這些設(shè)備與反應(yīng)堆壓力容器連接起來的反應(yīng)堆冷卻劑管道，也稱主管道。 每條環(huán)路中反應(yīng)堆壓力容器與蒸汽發(fā)生器之間的主管道稱為熱管段（熱腿），蒸汽發(fā)生器與主泵之間的主管道稱為過渡段，主泵與反應(yīng)堆壓力容器之間的主管道稱為冷管段（冷腿），每個管段上還帶有一定數(shù)量的接管嘴。 主管道屬于厚壁大口徑奧氏體不銹鋼，對焊接過程要求極為嚴(yán)格，焊縫內(nèi)不得存在任何宏觀或微觀焊接缺陷。,2019/10/30,38,（八）、安全殼附件,（一）安全殼鋼襯里在預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼內(nèi)，一般有一層起密封作用鋼襯里。安全殼鋼襯里一般由底板、截錐體、圓柱形筒體和穹頂組成，形成整體壓力“容器” （二）鋼制安全殼是安全殼容器式反應(yīng)堆廠房的一道重要安全屏障，也是非能動安全系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一。主要受壓元件材料為asme sa738 gr.b，筒體壁厚：44.45、47.6mm，外形尺寸：39624（直徑）65634（高）mm。 （三）人員閘門人員閘門是供工作人員經(jīng)與輔助廠房連接的專用通道以出入安全殼。設(shè)有一個應(yīng)急用人員閘門，供工作人員在應(yīng)急情況通過更衣室廠房出入安全殼。 （四）設(shè)備閘門設(shè)備閘門貫穿筒節(jié)預(yù)埋在安全殼混凝土內(nèi)，并與安全殼鋼襯里焊接。 （五）安全殼貫穿件安全殼貫穿件包括機(jī)械貫穿件和電氣貫穿件兩類。貫穿件是由一個穿過安全殼混凝土壁面并錨固在混凝土上的鋼套管及兩個接頭構(gòu)成。,2019/10/30,39,安全殼貫穿件,2019/10/30,40,（一） 硼注箱 （二）安注箱,2019/10/30,41,（九）、其他核級容器和管道,壓水堆核電廠各系統(tǒng)中還用到很多核級容器，如硼注箱、安注箱、容積控制箱、卸壓箱、硼酸制備箱、濃硼酸卸放箱、設(shè)冷水波動箱等。 （一） 硼注箱硼注箱位于高壓安注泵出口，高壓安注水經(jīng)硼注箱進(jìn)入一回路冷段。硼注箱由筒體、封頭、筒式支座、接管和人孔組成。主體材料多為p355gh碳鋼，內(nèi)表面堆焊不銹鋼。 （二）安注箱安全殼內(nèi)每個環(huán)路的冷管段上都接著一個安注箱。安注箱為一直立式筒體結(jié)構(gòu)，總?cè)莘e約50 m3，內(nèi)充2000 ppm的含硼水，用加壓4060公斤的氮?dú)飧采w。 中壓安注為非能動安全系統(tǒng)，不用安注信號啟動。當(dāng)rcp系統(tǒng)壓力降到安注箱內(nèi)壓力以下時，由氮?dú)鈱⒑鹚畨喝雛cp系統(tǒng)冷段。主體材料多為z2cn19-10控氮不銹鋼。,2019/10/30,42,（十）、核2、3級泵,（1）上充泵/高壓安注泵上充泵是化學(xué)與容積控制系統(tǒng)的一個重要設(shè)備。在正常工況下向反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)輸送凈化水、泄露補(bǔ)充水和主泵軸封水。 （2）輔助給水泵輔助給水泵屬于專設(shè)安全設(shè)施，作為主給水系統(tǒng)的后備，當(dāng)主給水喪失時，一直處于熱備用狀態(tài)的輔助給水泵立即啟動向蒸汽發(fā)生器二次側(cè)提供給水。 （十一）、核級閥門秦山二期2650mw核電站中，核級閥門（不包括風(fēng)閥）就有3500臺左右，其中核1級閥門約150臺左右（有截止閥、隔膜閥、閘閥、蝶閥、球閥、止回閥、彈簧式安全閥、先導(dǎo)式安全閥等）。 （十二）、核級熱交換器 核2級的主要有余熱排出熱交換器、安全殼噴淋熱交換器、化容熱交換器，核3級的主要有再生熱交換器、下泄熱交換器、設(shè)冷水熱交換器等等。,2019/10/30,43,（1）余熱排出熱交換器 余熱排出熱交換器為立式u型管殼式熱交換器。,2019/10/30,44,（2）再生熱交換器 該熱交換器是以管內(nèi)的上充流為冷源進(jìn)行熱量回收，完成下泄流降壓前首次冷卻降溫。,（3）板式換熱器板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、單位體積設(shè)備提供的傳熱面積大，有利于傳熱。,2019/10/30,45,謝謝,2019/10/30,46,注冊核安全工程師綜合知識（新） 第五章 非堆核燃料循環(huán)設(shè)施,潘英杰 郵箱：panyj 2013年6月大亞灣,2019/10/30,47,引 言,1.核燃料是指含有易裂變核素，在反應(yīng)堆內(nèi)使自持核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)得以實現(xiàn)的材料。（它主要有易裂變核素和可轉(zhuǎn)換核素兩種成分組成。所謂易裂變核素是指能與慢中子作用而產(chǎn)生裂變的核素。235u、239pu、和233u，而241pu也具有良好的裂變性能。 可轉(zhuǎn)換核素是指俘獲中子后能直接或間接地轉(zhuǎn)變?yōu)橐琢炎兒怂氐暮怂亍?38u、232th，而240pu、234u也能起可轉(zhuǎn)換核素的作用）。 2.核燃料進(jìn)入核反應(yīng)堆前的加工過程稱為核燃料循環(huán)的前段，包括鈾礦勘探、開采、提取、精制（純化）、轉(zhuǎn)化、濃縮、燃料元（組）件制造等過程。 3.核燃料循環(huán)分為閉路式和開路式兩大類,2019/10/30,48,核燃料循環(huán)的模式綜合簡圖,2019/10/30,49,4.鈾資源,據(jù)估計，地殼中的平均鈾含量約為410-6，海水含量310-9。在地殼表層20公里范圍內(nèi)，鈾的總含量大約有4.5億噸。但是鈾的分布很分散，絕大部分鈾礦品位很低，目前尚無開采價值。 世界上只有扎伊爾與加拿大兩國有較高品位的鈾礦，礦石中含鈾達(dá)14。世界其他國家鈾礦石含鈾量多在0.051.0之間 。,2019/10/30,50,5. 2011年世界已探明鈾資源量 (1000噸u),鈾資源級別 40美元/kg 80美元/kg 130美元/kg 260美元/kg 以查明常規(guī) 資源總量 680.9 3078.5 5327.2 7096 可靠資源 493.9 2014.8 3455.5 4378.7 推斷資源 187.0 1063.7 1871.7 2717.9 2302 世界低于80美元/kg的鈾資源是307.9萬噸，低于130美元/kg的鈾資源是532.7萬噸,世界上各類鈾資源總儲量將刷新為709.6萬噸。,2019/10/30,51,6.全球鈾資源的分布,2019/10/30,52,7. 天然鈾同位素及有關(guān)數(shù)據(jù),鈾同位素 放射性及放射量 線能量mev 半衰期年 所占比份% 鈾-238(u) 48.9 4.18 4.49109 99.285 鈾-234(u) 48.9 4.76 2.48105 0.005 鈾-235(acu) 2.2 4.58 7.17108 0.710,2019/10/30,53,第一節(jié) 鈾礦地質(zhì)勘探,1.鈾礦地質(zhì)勘探是鈾礦開采的基礎(chǔ)，通過大量的勘探活動，確定鈾礦床類型、礦物組成、成礦原因、水文地質(zhì)特性、礦體特性、礦床范圍、鈾品位、礦體形狀、資源量和遠(yuǎn)景儲量，并給出有關(guān)鈾礦的相關(guān)參數(shù)和數(shù)據(jù)圖、以及各種鈾礦地質(zhì)勘探成果圖和相關(guān)水文地質(zhì)和礦山開采等技術(shù)資料，為鈾礦的開采設(shè)計提供可靠的地質(zhì)儲量報告。,2019/10/30,54,鈾礦航空測量及野外步行測量,2019/10/30,55,2.鈾礦找礦按照程序分為地質(zhì)調(diào)查、鈾礦普查、揭露三個階段。,(1)地質(zhì)調(diào)查：大范圍調(diào)查地質(zhì)構(gòu)造，根據(jù)成礦規(guī)律，尋找可能成礦區(qū)域、地域和范圍。 (2)鈾礦普查：野外放射性普查、深部天然鈾層礦化的放射性測量、礦石的放射性測量。 (3)揭露：通過勘探對礦床進(jìn)行全面工業(yè)評價，勘探手段主要是鉆探和硐探，當(dāng)需要進(jìn)行硐探時，就需要打豎井或坑道對地下礦體進(jìn)行詳細(xì)探查和取樣，進(jìn)行實驗室放射性測量。確定鈾礦床類型、礦物組成、成礦原因、水文地質(zhì)特性、礦體特性、礦床范圍、鈾品位、礦體形狀、資源量和遠(yuǎn)景儲量。為鈾礦山開采設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。,2019/10/30,56,第二節(jié) 鈾礦開采,鈾礦的開采應(yīng)在充分掌握地質(zhì)勘查資料和地質(zhì)報告基礎(chǔ)上，根據(jù)礦床儲量、特點及所在地的實際情況，科學(xué)確定礦山建設(shè)規(guī)模、服務(wù)年限。 根據(jù)礦床地質(zhì)構(gòu)造、形態(tài)、埋藏深度和賦存狀況，礦山地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，合理選擇開拓方案、采礦方法。礦山開采一般采用地下開采、露天開采，或是原地爆破浸出、原地浸出采礦工藝。 開采方式選擇的目的是安全、環(huán)保、合理、經(jīng)濟(jì)、最大限度的將鈾礦資源從地下回采出來。,2019/10/30,57,中國版圖上的鈾礦基地,2019/10/30,58,選擇開采方法的具體要求：,第一，經(jīng)濟(jì)方面 投資和成本的綜合經(jīng)濟(jì)效益好；基建速度快，能早日獲得投資效果；生產(chǎn)能力高，生產(chǎn)效率高，取得較高的產(chǎn)出投入比；資源回收率高，最經(jīng)濟(jì)地獲得產(chǎn)品。 第二，技術(shù)方面 適應(yīng)礦床賦存的具體條件、勘探程度、開采技術(shù)條件和設(shè)備條件； 第三，安全和環(huán)境保護(hù)方面,2019/10/30,59,地下開采,地下開采一般在礦床離地表較深，采掘比極大的條件下采用。這種方法的工藝過程比較復(fù)雜。 地下開采的缺點是：采礦勞動強(qiáng)度大，井下防護(hù)條件差，通風(fēng)要求高，生產(chǎn)效率低，損失、貧化率比較高，同時存在較大的安全風(fēng)險。,2019/10/30,60,機(jī)械化地下開采技術(shù),2019/10/30,61,2.1.鈾礦常規(guī)開采,鈾礦常規(guī)開采方式有露天開采和地下開采 露天開采 露天開采通常認(rèn)為開采適用于礦體大、埋藏較淺、覆蓋層不厚的礦床。 露天開采與地下開采相比具有如下優(yōu)點：機(jī)械化程度高，生產(chǎn)能力大，勞動生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低，勞動條件好，礦石損失小。 露天開采的缺點是：需要剝離排棄大量廢石，壓占土地較多，受天氣影響大，生態(tài)環(huán)境問題較多。,2019/10/30,62,鈾礦開采、選冶加工,（1）鈾礦開采和選冶加工,注冊核安全工程師講稿提綱,2019/10/30,63,鈾化學(xué)濃縮物（黃餅）硝酸溶解過濾萃取酸洗水洗反萃 取 濃縮及脫硝沉淀固液分離轉(zhuǎn)化結(jié)晶過濾煅燒（880） 冷卻 uo2、u3o8產(chǎn)包裝 （核純級或核電級天然鈾） 國際天然鈾交易通常都是用u3o8產(chǎn)品進(jìn)行的，這是由于u3o8是鈾化合物中最穩(wěn)定的緣故,（2）鈾精制（純化）,注冊核安全工程師講稿提綱,2019/10/30,64,（3）鈾礦選冶回收流程示意圖,簡化流程,2019/10/30,65,2.1.1 地下開采,礦床開拓 提升運(yùn)輸 礦井通風(fēng) 礦井排水 采礦方法（充填采礦法、空場采礦法和崩落采礦法),2019/10/30,66,2.1.2 露天開采,通過開掘露天溝道，剝離礦體上部的表土和覆蓋巖層，使礦體露出，在敞露的地表對礦體進(jìn)行采剝的開采方式。 礦體賦在于地平面以上的山坡，并在山坡剝采的為山坡露天；礦體賦存于地面以下，向下部剝采的為凹陷露天,2019/10/30,67,2.2化學(xué)采礦,化學(xué)采礦與常規(guī)采礦相比的優(yōu)點： .投資和經(jīng)營費(fèi)用低；.勞動強(qiáng)度?。?生產(chǎn)勞動環(huán)境較好，礦工的職業(yè)受照劑量較低；對地表環(huán)境的污染少：生產(chǎn)工藝過程產(chǎn)生的廢水、廢渣量較少，對地表影響較小。 化學(xué)采礦的缺點是： 應(yīng)用有一定的局限性： 只適用于具有一定地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的礦床：礦床需大致呈水平狀，底板不滲漏，礦層位于靜止水位之上，且具有較好的滲透性。 .存在對地下環(huán)境造成污染的問題： 可使地下水中某些化學(xué)元素增高，因此，必須加強(qiáng)對地下水污染控制措施及退役后地下水修復(fù)。,2019/10/30,68,2.2.1.原地爆破浸出,原地爆破浸出一般先采出30的礦石，對余下的70礦體采用微差擠壓爆破方法，將礦石按規(guī)定的礦塊粒度要求進(jìn)行崩落，然后注入溶浸劑溶解礦石中的鈾，并收集浸出液再抽到地表。 原地爆破浸出采鈾優(yōu)點 省去或減少了采場管理、采空區(qū)處理、礦石運(yùn)輸、破碎等多道工序。其工藝簡單、效率高、成本低，放射性固體廢物排放量少，綜合經(jīng)濟(jì)效益及地表環(huán)境效益好。 原地爆破浸出缺點 .資源回收率較低。 .爆破后井下存留7080的鈾礦，會產(chǎn)生高濃度氡和氡的衰變子體，對礦井大氣污染較高。 .井下布液浸出及終采后堆積廢渣對地下水可能產(chǎn)生影響。,2019/10/30,69,2.2.2. 原地浸出,原地浸出采鈾是指礦石處于天然埋藏條件下，沒有經(jīng)過任何采掘和位移，徹底省去了常規(guī)開采的工藝過程及工程設(shè)施，只需打鉆孔將浸出液輸送到水冶廠進(jìn)行回收鈾的新工藝。 原地浸出采鈾具有明顯的優(yōu)點： .建設(shè)投資少、周期短，生產(chǎn)能耗和成本低。 .勞動強(qiáng)度小、勞動條件好。 .能最大限度的回收鈾資源，大大的提高了勞動生產(chǎn)效率，與常規(guī)采礦相比，生產(chǎn)效率提高510倍。 .對地表環(huán)境的污染少，基本上不破壞農(nóng)田、土地和山林。 原地浸出采鈾具有明顯的優(yōu)點： .受地質(zhì)條件限制。 .地下水受到一定污染，修復(fù)難度大。,2019/10/30,70,地浸工業(yè)場地,2019/10/30,71,地浸水冶廠外景,2019/10/30,72,第三節(jié)、鈾的提取和精制（純化）,鈾的提取是用化學(xué)試劑（包括酸、堿、鹽的水溶液和有機(jī)溶劑）把礦石中鈾的有用組分轉(zhuǎn)化為可溶性化合物，再經(jīng)固液分離把含鈾的浸出液與礦渣分離，然后用離子交換、萃取、沉淀等方法對含鈾濃度低、雜質(zhì)含量高的浸出液進(jìn)行天然鈾的濃縮、提取，得到鈾化學(xué)濃縮物。 天然鈾產(chǎn)品：重鈾酸銨（nh4）2u2o7、重鈾酸鈉na2u2o7，也可生產(chǎn)得到八氧化三鈾u3o8統(tǒng)稱稱“黃餅”,2019/10/30,73,鈾水冶流程示意圖,2019/10/30,74,5.3.1常規(guī)鈾水冶工藝,開采出的鈾礦石大多含鈾量較低，并常常含有較高的硫化物、碳酸鹽、黏土、有機(jī)物，以及各種金屬氧化物等雜質(zhì)。 常規(guī)鈾水冶工藝過程是將選礦后的鈾精礦，進(jìn)行破碎磨細(xì)，再用溶浸劑（酸或堿）進(jìn)行浸泡和攪拌將鈾浸出。對含鈾溶液進(jìn)行純化，離子交換或溶劑萃取去除雜質(zhì)，再進(jìn)入沉淀工序；最后進(jìn)行壓濾得到鈾化學(xué)濃縮物。,2019/10/30,75,常規(guī)鈾水冶工藝過程示意圖,2019/10/30,76,常規(guī)鈾水冶過程鈾的浸