壓水堆核電廠基本原理

2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院壓水堆核電廠基本原理秋穗正西安交通大學(xué)Tel:029-8266560713152410318Email:szqiu@2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院核電廠基本工作原理利用核能生產(chǎn)電能的電廠稱為核電廠。壓水堆核電廠主要由壓水反應(yīng)堆、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱一回路）、蒸汽和動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（又稱二回路）、循環(huán)水系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)和輸配電系統(tǒng)及其輔助系統(tǒng)組成。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院壓水堆核電廠原理圖2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院三環(huán)路壓水堆一回路系統(tǒng)2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院壓水堆安全殼內(nèi)縱剖面圖2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院壓水堆核電廠主要廠房布置2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院核電廠廠區(qū)L型布置2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院大亞灣核電廠廠區(qū)T型布置2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院核電廠的廠區(qū)的幾個(gè)部分核心區(qū)：主要由核島和常規(guī)島組成，包括反應(yīng)堆廠房，輔助廠房，燃料貯存廠房，主控制室，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)廠房，汽輪發(fā)電機(jī)廠房等。三廢區(qū)：主要由廢液貯存、處理廠房，固化廠房，弱放廢物庫，固體廢物貯存庫，特種洗衣房和特種汽車庫等組成。供排水區(qū)：主要有循環(huán)水泵房，輸水隧洞，排水渠道，淡水凈化處理車間，消防站，高壓消防泵房，排水泵房等組成。動(dòng)力供應(yīng)區(qū)：主要由冷凍機(jī)站，壓縮空氣及液氮貯存氣化站，輔助鍋爐房等組成。檢修及倉庫區(qū)：包括檢修車間，材料倉庫，設(shè)備綜合倉庫及危險(xiǎn)品倉庫等。廠前區(qū)：為電廠行政辦公大樓及汽車、消防、保安及生活服務(wù)設(shè)施。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院核電廠安全設(shè)備功能及分級(jí)安全一級(jí)

安全一級(jí)主要包括組成反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)承壓邊界的所有部件。安全二級(jí)

主要指反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)承壓邊界內(nèi)不屬于安全一級(jí)的各種部件，以及為執(zhí)行所有事故工況下停堆、維持堆芯冷卻劑總量和排出堆芯熱量及限制放射性物質(zhì)向外釋放的各種部件。安全三級(jí)

主要指下述一些輔助系統(tǒng)的設(shè)備：為控制反應(yīng)性提供硼酸的系統(tǒng)，輔助給水系統(tǒng)；設(shè)備冷卻水系統(tǒng)安全四級(jí)

核島中不屬于安全一、二、三級(jí)的設(shè)備為非核安全等級(jí)。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院壓水堆堆芯（reactorcore）堆芯設(shè)計(jì)滿足的一般要求：1堆芯功率分布盡量均勻，以便堆芯有最大的功率輸出2盡量減少堆芯內(nèi)不必要的中子吸收材料，提高中子經(jīng)濟(jì)性3要有最佳的冷卻劑流量分配和最小的流動(dòng)阻力4有較長的堆芯壽命，適當(dāng)?shù)臏p少換料操作次數(shù)5堆芯結(jié)構(gòu)緊湊，換料要簡(jiǎn)易方便。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院典型壓水堆壓力容器與堆芯結(jié)構(gòu)原理圖2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院堆芯橫截面圖2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院壓水堆縱剖面圖2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院壓水堆燃料管理2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院壓水堆堆芯組件核燃料組件棒束控制棒組件可燃毒物組件中子源組件阻力塞組件核燃料組件采用無盒、帶指形控制組件的棒束型燃料組件。主要結(jié)構(gòu)：燃料棒＋骨架骨架：上下管座，8層定位格架，導(dǎo)向管采用17×17=289=264+24+1正方形排列。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院棒狀燃料元件棒結(jié)構(gòu)組成選材原則：限制燃料和包殼的使用溫度包殼的作用以及選材特點(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度第一道屏障燃料芯塊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鋯氫反應(yīng)集氣空腔盒充填氣體作用：軸向空腔和徑向間隙作用，預(yù)沖壓氦氣技術(shù)作用2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院芯塊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)尺寸：圓柱體形何謂“環(huán)脊”現(xiàn)象為何采用碟形加倒角的結(jié)構(gòu)形式如何防止輻照腫脹的破壞：1碟形加倒角2制孔劑芯塊密度的選擇2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院燃料元件包殼材料：鋯－4合金燃料元件包殼壁厚的選擇結(jié)構(gòu)強(qiáng)度化學(xué)，腐蝕一定的安全裕度包殼內(nèi)壁與燃料芯塊的徑向間隙大小與間隙的導(dǎo)熱系數(shù)有密切關(guān)系，是影響芯塊溫度的重要因素，同時(shí)芯塊的各種特性如導(dǎo)熱系數(shù)，裂變氣體的釋放，蠕變和塑性形變等也都隨溫度變化。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院“骨架”結(jié)構(gòu)定位格架控制棒導(dǎo)管中子通量測(cè)量導(dǎo)管上管座下管座2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院定位格架8層定位格架的作用材料及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)混流翼2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院上管座下管座2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院控制棒組件結(jié)構(gòu)組成：24根吸收劑棒＋星形架組件數(shù)目保證：卡棒準(zhǔn)則，功率分布，彈棒事故

2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院控制棒組件

星形架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：轂環(huán)，翼片，指形連接柄2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院吸收劑棒

黑棒灰棒材料銀－銦－鎘不銹鋼結(jié)構(gòu)：二者相似黑棒束控制組件：24根黑棒灰棒束控制組件：8根黑棒＋16根灰棒2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院堆芯相關(guān)組件可燃毒物組件，初級(jí)中子源組件，次級(jí)中子源組件，阻力塞組件結(jié)構(gòu)上的共同點(diǎn)：支承結(jié)構(gòu)：一個(gè)壓緊組件形成的支承結(jié)構(gòu)24根棒束2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院可燃毒物組件作用：用于第一燃料循環(huán)，降低硼濃度，半尺慢化劑的負(fù)溫度系數(shù)可燃毒物材料：硼玻璃管（B2O3+SiO2）初裝料：48×12(棒)＋18×16(棒)+2×16=896第一次換料時(shí)全部卸出，換阻力塞組件2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院中子源組件作用：

1提高中子通量水平2點(diǎn)火初級(jí)中子源結(jié)構(gòu)與材料：锎初裝料情況次級(jí)中子源結(jié)構(gòu)與材料：銻、鈹初裝料情況2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院阻力塞組件作用：304不銹鋼材料初裝料情況前述各種堆芯相關(guān)組件都含有中子源組件，只有阻力塞組件全部是阻力塞組件2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院大亞灣核電廠首次裝料堆芯相關(guān)組件種類以及數(shù)量2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件堆內(nèi)構(gòu)件包括：堆芯下部支承結(jié)構(gòu)，堆芯上部支承結(jié)構(gòu)，控制棒束導(dǎo)向管和壓緊彈簧組成。功能：1為冷卻劑提供流道2為壓力容器提供屏蔽3為燃料組件提供支承和壓緊4固定監(jiān)督用的輻照樣品5為棒束控制組件和傳動(dòng)軸以及上下堆芯測(cè)量裝置提供機(jī)械導(dǎo)向6平衡機(jī)械載荷和水力載荷7確保堆芯容器頂蓋內(nèi)的冷卻水循環(huán)，以便頂蓋保持一定的溫度2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院下部支承組件－吊籃組件1吊籃筒體2下柵板組件3圍板幅板組件4熱屏蔽組件5防斷支承組件2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院堆芯上部支撐結(jié)構(gòu)堆芯上柵格板堆芯上部支承柱棒束控制導(dǎo)向筒上部支承板2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院堆芯上部支撐結(jié)構(gòu)2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：帶動(dòng)控制棒組件在堆芯內(nèi)提升和下降，以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆的啟動(dòng)，功率調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)棒），停堆和事故情況下的安全控制（安全棒）?？刂瓢趄?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)要求：在正常運(yùn)行工況下要求棒的移動(dòng)速度緩慢，每秒鐘行程約10mm；在快速停堆或事故工況時(shí)要求驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在得到事故停堆信號(hào)后，靠自重快速插入堆芯，從得到信號(hào)到控制棒完全插入堆芯的緊急停堆時(shí)間一般2秒鐘左右，以保證反應(yīng)堆安全。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)常用的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：電磁步進(jìn)式，齒輪齒條式，水力驅(qū)動(dòng)式大亞灣核電廠采用三線圈電磁步進(jìn)式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：提棒精度高，提升力大，不宜失步，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，拆裝和維修方便等優(yōu)點(diǎn)。需要緊急停堆時(shí)，只需要切斷電源，控制棒便可自由落體。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院反應(yīng)堆壓力容器反應(yīng)堆壓力容器支撐和包容堆芯和堆內(nèi)構(gòu)件，工作在高壓(15.5MPa左右)、高溫含硼酸水介質(zhì)環(huán)境和放射性輻照的條件下，壽命不少于40年。百萬千瓦級(jí)核電廠壓力容器高約13m，內(nèi)徑5m,筒體壁厚200mm,總重約330t。作用：

1防止放射性外逸第二道屏障2壓力邊界3支承和固定作用選材原則1高度的完整性2適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和足夠的韌性3低的輻照敏感性4導(dǎo)熱性能好5便于加工制造，成本低2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院壓力容器選材當(dāng)前反應(yīng)堆壓力容器材料普遍選用低合金鋼，與冷卻劑接觸表面堆焊一層5mm厚的不銹鋼。低合金鋼及其焊縫在快中子積分通量大于1018cm2后脆性轉(zhuǎn)變溫度明顯升高。相應(yīng)措施：嚴(yán)格限制銅和磷這兩種元素的含量，添加少量鋁、釩、鉻，鉑、鎳等元素，盡量減少鋼的輻照損傷－熱屏。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院運(yùn)行限制壓力溫度運(yùn)行限制曲線限制因素：壓力容器的強(qiáng)度，主泵的限制：汽蝕等，低壓蒸發(fā)等。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院壓力容器結(jié)構(gòu)筒體組合件法蘭環(huán)接管段筒身冷卻劑進(jìn)、出口接管頂蓋組合件底封頭法蘭密封件2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院堆內(nèi)測(cè)量支承結(jié)構(gòu)堆芯冷卻劑出口溫度測(cè)量裝置目的：繪制堆芯溫度分布圖和確定最熱通道布置：堆芯上部堆芯中子通量分布測(cè)量裝置目的：建立中子通量分布圖（三維），確定熱點(diǎn)?布置：堆芯下部2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院安全殼作用：裂變產(chǎn)物與環(huán)境之間的最后一道屏障安全殼廠房安全殼環(huán)境控制系統(tǒng)安全殼貫穿與隔離系統(tǒng)2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院一回路主系統(tǒng)系統(tǒng)組成2－4個(gè)環(huán)路堆芯－壓力容器熱腿穩(wěn)壓器蒸汽發(fā)生器冷腿主泵2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院三環(huán)路壓水堆一回路主系統(tǒng)布置閉合環(huán)路以反應(yīng)堆為中心呈輻射狀布置只有一臺(tái)穩(wěn)壓器堆芯低于出口管嘴，利于堆芯淹沒和自然循環(huán)2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院安全輔助系統(tǒng)第一類牽涉到核安全的安全系統(tǒng)第二類保證反應(yīng)堆和壓力回路正常啟動(dòng)、運(yùn)行和停堆的核輔助系統(tǒng)第三類回收和處理放射性廢物以保護(hù)和監(jiān)測(cè)環(huán)境的系統(tǒng)2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院蒸汽發(fā)生器蒸汽發(fā)生器是壓水堆核電廠一、二回路的樞紐，它將反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生器二次側(cè)，產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)作功。蒸汽發(fā)生器又是分隔一、二次側(cè)介質(zhì)的屏障，它對(duì)于核電廠的安全運(yùn)行十分重要。（什么是一次側(cè)和二次側(cè)?）壓水堆核電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，蒸汽發(fā)生器傳熱管斷裂事故在核電廠事故中居首要地位。據(jù)報(bào)道，國外壓水堆核電廠的非計(jì)劃停堆次數(shù)中約有四分之一是因有關(guān)蒸汽發(fā)生器問題造成的。1992年，在205座核電廠中報(bào)告蒸汽發(fā)生器有問題的達(dá)172座。同年，美國壓水堆核電廠的負(fù)荷因子由于蒸汽發(fā)生器問題(包括傳熱管破損和更換蒸汽發(fā)生器)而降低3.31%。從1979-1994年，已有55臺(tái)蒸汽發(fā)生器因傳熱管嚴(yán)重?fù)p壞而被更換，其實(shí)際使用壽命平均僅為約14年(壽命最短者僅8年)，遠(yuǎn)未達(dá)到30～40年的設(shè)計(jì)壽命。美國1992年更換磨石-2堆的兩臺(tái)蒸汽發(fā)生器,停堆192天，耗資1.9億美元。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院蒸汽發(fā)生器傳熱管面積占一回路承壓邊界面積的80％左右，傳熱管壁一般為1～1.2mm。因而，傳熱管是整個(gè)一回路壓力邊界中最薄弱的部分。只要有一根蒸汽發(fā)生器傳熱管斷裂就可能造成放射性物質(zhì)的泄漏及核電廠長期停閉。蒸汽發(fā)生器熱工水力分析、腐蝕與傳熱管材料的研制、蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)、無損探傷技術(shù)、傳熱管振動(dòng)、磨損疲勞研究和二回路水質(zhì)控制2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院蒸汽發(fā)生器分類按照二回路工質(zhì)在蒸汽發(fā)生器中流動(dòng)方式可分為自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器和直流(強(qiáng)迫循環(huán))蒸汽發(fā)生器；按傳熱管形狀可分為U型管、直管、螺旋管蒸汽發(fā)生器；按設(shè)備的安放方式可分為立式和臥式蒸汽發(fā)生器；按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)還有帶預(yù)熱器和不帶預(yù)熱器的蒸汽發(fā)生器。壓水堆核電廠使用較廣泛的有三種：立式U型管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器、臥式自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器和立式直流蒸汽發(fā)生器，其中尤以立式U型管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器應(yīng)用最為廣泛。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院立式自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器蒸汽發(fā)生器由下封頭、管板、U型管束、汽水分離裝置及筒體組件等組成一、二回路冷卻劑流程循環(huán)倍率的定義2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院主要設(shè)計(jì)參數(shù)2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院①

U型管束采用Inconel-690合金。該材料的抗腐蝕能力有顯著改善。傳熱管的損壞還與蒸汽發(fā)生器的熱工水力特性和水質(zhì)條件密切相關(guān)。蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、管材、水質(zhì)控制等方面綜合研究改進(jìn)。對(duì)于同種管材，采取適當(dāng)?shù)臒崽幚砑氨砻嫣幚砉に噷?duì)提高其抗腐蝕性能有重要意義。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院②管板管板是一二次側(cè)壓力邊界的一部分，它用低合金高強(qiáng)度鋼鍛造而成。蒸汽發(fā)生器的管板厚度達(dá)500～700mm，屬超厚鍛件，要求材料具有優(yōu)良的塑韌性及淬透性。大型管板的管孔達(dá)近萬個(gè)，而且對(duì)孔徑公差、節(jié)距公差、形位公差及管孔光潔度都要求很高。因而，深鉆孔成為蒸汽發(fā)生器制造的關(guān)鍵工藝,也是決定管板制造加工周期的重要因素。管板下方及與冷卻劑接觸的表面，應(yīng)堆焊鎳基合金。管板二次側(cè)表面附近，是發(fā)生傳熱管腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域之一，表面的質(zhì)淤積比較嚴(yán)重，所以現(xiàn)代蒸汽發(fā)生器一般采用管板全長度漲管工藝加端部密封焊接，由此來保證管子與管板之間的密封性，消除管子與管板的間隙。管板上表面水平地裝設(shè)有兩根多孔的管道供連續(xù)排污用。漲管工藝加端部密封焊接在役檢查和停堆換料時(shí)的檢查：放射性跟蹤法，渦流探傷監(jiān)測(cè)2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院③下封頭下封頭是蒸汽發(fā)生器中承受壓差最大的部件，通常呈半球形。由于表面開有四個(gè)大孔（接管和人孔），應(yīng)力狀態(tài)十分復(fù)雜，通常采用沖壓成型制造，技術(shù)難度大；也有的采用低合金鋼鑄造，工藝較簡(jiǎn)單，但須嚴(yán)格控制鑄件質(zhì)量。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院④管束組件管束是呈正方形排列的倒U型管。管束直段分布有若干塊支撐板，用以保持管子之間的間距。在U型管的頂部彎曲段有防振桿防止管子振動(dòng)。支撐板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，應(yīng)考慮二次側(cè)流體的通過能力，流體的流動(dòng)阻力，限制流動(dòng)引起的振動(dòng)及管--孔間隙中的化學(xué)物質(zhì)的濃縮。四葉梅花孔(見圖)。增加管-孔之間的流速，減少了腐蝕產(chǎn)物和化學(xué)物質(zhì)的沉積，使得該區(qū)的腐蝕狀況大為改善。傳熱管四周用套筒包圍，從而將二次側(cè)分隔為下降通道及上升通道，形成二次側(cè)自然循環(huán)回路。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院⑤筒體組件蒸汽發(fā)生器筒體組件包括上封頭、上筒體、下筒體、錐形過渡段等。上封頭呈橢球形，蒸汽出口管嘴中有若干文丘里管組成的限流器，用來限制主蒸汽管道破裂時(shí)的蒸汽流量，防止事故時(shí)對(duì)一次側(cè)的過度冷卻，以避免反應(yīng)堆在緊急停堆后重返臨界。上筒體設(shè)有給水管嘴并與給水環(huán)相連。上筒體還設(shè)有兩個(gè)人孔,必要時(shí)可以進(jìn)人更換干燥器。下筒體在靠近管板處設(shè)有若干檢查孔，以便檢查該區(qū)域內(nèi)的傳熱管表面和管板二次側(cè)表面。必要時(shí)可用高壓水沖洗管板上表面的淤渣。（超聲波氣泡沖洗技術(shù)）2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院⑥二次側(cè)流量分配裝置

給水環(huán)的位置稍低于第一級(jí)汽水分離器，運(yùn)行時(shí)它淹沒在水面以下。給水經(jīng)焊接在環(huán)管上的倒J型管分配到下降通道。給水環(huán)上倒J型管沿周邊是不均勻分布的。大亞灣核電廠的蒸汽發(fā)生器給水環(huán)，80%的給水流向熱側(cè)，20%的給水流向冷側(cè)。這種布置使蒸發(fā)器兩側(cè)的蒸發(fā)量大致相等，從而避免兩側(cè)之間發(fā)生熱虹吸現(xiàn)象。

在管束下部略高于管板處，有一塊流量分配板。板上鉆的管孔比傳熱管的直徑大，在中心處鉆一大孔用于分配流量。流量分配板與U型管束中間設(shè)置的擋塊相結(jié)合，保證在平面上給水分布大致均勻并以足夠大的流速?zèng)_刷管板表面。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院汽水分離裝置汽水分離器是自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器的重要部件。自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器的尺寸在很大程度上取決于汽水分離裝置的結(jié)構(gòu)和工作特性。蒸汽發(fā)生器的上部設(shè)有兩級(jí)汽水分離器。汽水混合物離開傳熱管束后經(jīng)上升段首先進(jìn)入旋葉式分離器，除掉大部分水分，然后進(jìn)入第二級(jí)分離器進(jìn)一步除濕。第二級(jí)分離器一般是人字型板式干燥器。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院旋葉式汽水分離裝置2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院波紋板汽水分離裝置第二級(jí)汽水分離器一般采用圖所示的帶鉤波紋板分離器。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院循環(huán)倍率

在設(shè)計(jì)狀態(tài)時(shí)循環(huán)倍率應(yīng)大于4～4.5：傳熱要求：循環(huán)倍率低，意味著管束出口區(qū)含汽量大，空泡份額高，因而傳熱差。為了保證管壁潤濕，特別是防止局部區(qū)域出現(xiàn)缺液或干涸，一般要求管束出口處的蒸汽含量不超過20%~25%，相當(dāng)于循環(huán)倍率大于4流動(dòng)穩(wěn)定性：循環(huán)倍率低可能導(dǎo)致流動(dòng)不穩(wěn)定，流動(dòng)振蕩現(xiàn)象使傳熱能力下降，當(dāng)流動(dòng)振蕩的幅度足夠大時(shí)，就可能引起水和蒸汽流量的大幅度波動(dòng)。經(jīng)驗(yàn)證明，只要使管束區(qū)的蒸汽含量保持在較低的值或由此相應(yīng)地把循環(huán)倍率保持在較高的水平，就能使流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院管材腐蝕：防止腐蝕的要求應(yīng)適當(dāng)提高循環(huán)倍率自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：蓄水容積大，具有緩沖作用，對(duì)給水及蒸汽的控制要求不高，通過排污量調(diào)節(jié)爐水水質(zhì)，傳熱管材料工作較可靠。缺點(diǎn)：需要汽水分離裝置，使蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，只能產(chǎn)生飽和蒸汽，循環(huán)熱效率較低，而且對(duì)去濕裝置的要求較高。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院直流式蒸汽發(fā)生器直流式蒸汽發(fā)生器優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：不需要汽水分離器，體積較??；可以獲得溫度較高的微過熱蒸汽得以提高電站熱效率；變功率運(yùn)行時(shí)用改變水位的方式可使蒸汽壓力基本保持不變。缺點(diǎn)：過熱段蒸汽側(cè)的傳熱系數(shù)小，要求較多的換熱面積，使貴重金屬的管材的需要量增多，對(duì)二回路水質(zhì)要求十分嚴(yán)格，制造工藝要求高。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院直流式蒸汽發(fā)生器直流蒸汽發(fā)生器有管外直流和管內(nèi)直流兩類。管內(nèi)直流指二次側(cè)工質(zhì)在傳熱管內(nèi)流動(dòng)，這種型式多用于核動(dòng)力艦船。在壓水堆核電廠中均采用管外直流蒸汽發(fā)生器。這種直管型蒸汽發(fā)生器必須解決問題是管束與筒體熱膨脹差的補(bǔ)償。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院臥式U形管蒸汽發(fā)生器2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院主循環(huán)泵反應(yīng)堆冷卻劑泵是壓水堆核電廠的最關(guān)鍵設(shè)備之一，對(duì)它的基本要求是：能夠長期在無人維護(hù)情況下安全可靠的工作冷卻劑的泄漏要盡可能的少轉(zhuǎn)動(dòng)部件應(yīng)有足夠大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過流部件表面材料要求耐高溫含硼酸水的腐蝕便于維修主循環(huán)泵分類屏蔽泵、軸密封泵2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院屏蔽泵沒有放射性介質(zhì)外漏效率低，屏蔽電動(dòng)機(jī)造價(jià)昂貴，容量小，不宜安裝飛輪，因而轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，維修不便等原因，在核電廠中已普遍被軸封泵取代。應(yīng)用：核動(dòng)力艦艇，鈉冷快堆，實(shí)驗(yàn)研究堆。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院軸密封泵采用常規(guī)的鼠籠式感應(yīng)電機(jī)，成本降低，效率提高，比屏蔽泵效率高10%—20%。電機(jī)部分可以裝一只很重的飛輪，提高了泵的惰轉(zhuǎn)性能，從而提高了全廠斷電事故時(shí)反應(yīng)堆的安全性。軸密封技術(shù)同樣可以嚴(yán)格控制泄漏量。維修方便，軸密封結(jié)構(gòu)的更換僅需10個(gè)小時(shí)左右。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代壓水堆核電廠采用最廣泛的是立式、單級(jí)軸密封泵。從底部到頂部，它由水力機(jī)械部分、軸封組件和電機(jī)三部分組成。采用立式放置便于布置，減小反應(yīng)堆廠房徑向尺寸。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院水力機(jī)械部分水力機(jī)械部分包括泵的入口和出口接管、泵殼、法蘭、葉輪、擴(kuò)壓段、泵軸、徑向軸承及熱屏組件。其基本功能是將泵軸的機(jī)械能傳遞給流體并變?yōu)榱黧w的靜壓能?！?/p>

泵殼

】泵的外殼包容并支撐著泵的水力部件，是反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力邊界的一部分。泵殼是一個(gè)外形呈準(zhǔn)球狀的不銹鋼鑄件，其出入口接管焊接在一回路系統(tǒng)管道上。冷卻劑從泵殼底部沿葉輪軸線流入，向上經(jīng)導(dǎo)流管進(jìn)入葉輪。通過葉輪后的冷卻劑經(jīng)擴(kuò)散器后通過與葉輪成切線方向的出口接管排出。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院【

葉輪

】葉輪由不銹鋼鑄成，有七個(gè)葉片，葉輪是泵的核心部件?？咳~輪的旋轉(zhuǎn)使流體獲取能量?！?/p>

吸入導(dǎo)流管和擴(kuò)壓器

】吸入導(dǎo)流管是一個(gè)不銹鋼圓筒，用螺栓固定在泵殼的內(nèi)側(cè)。它把吸入流體引進(jìn)葉輪中心。擴(kuò)壓器由不銹鋼鑄造而成，它有12個(gè)導(dǎo)葉，位于葉輪外側(cè)。擴(kuò)壓器的作用是降低在擴(kuò)壓葉片之間的延伸流道中的流體流速。把流體的速度頭轉(zhuǎn)換成靜壓頭。擴(kuò)壓器末端與泵殼焊在一起。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院【

泵軸承

】泵軸承為泵軸提供徑向支撐和對(duì)中。它由斯太立合金堆焊的不銹鋼軸頸和石墨環(huán)構(gòu)成的套筒組成，用水潤滑和冷卻。使通過軸承的水保持低溫是重要的，因?yàn)楦邷貢?huì)破壞石墨環(huán)并使軸承損壞。所用的軸承冷卻水是化容系統(tǒng)的軸封注入水的一部分。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院【

熱屏組件

】在葉輪與泵徑向軸承之間裝有熱屏。它的作用是阻止泵殼內(nèi)高溫的反應(yīng)堆冷卻劑向泵上方的泵徑向軸承和密封組件的傳熱，使泵徑向軸承免受高溫。熱屏組件主要由兩部分組成：一是安裝在導(dǎo)葉內(nèi)側(cè)的隔熱套（又稱防護(hù)套筒），二是安裝在葉輪與泵徑向軸承之間的由盤管組成的扁平狀熱交換器。在軸封水?dāng)嗔鞯那闆r下，它還能冷卻向上流動(dòng)的冷卻劑，以確保軸承的冷卻和潤滑。熱屏熱交換器盤管內(nèi)循環(huán)著設(shè)備冷卻水，供水溫度35℃。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院電機(jī)部分驅(qū)動(dòng)反應(yīng)堆冷卻劑泵的電動(dòng)機(jī)是立式、鼠籠、單速三相感應(yīng)式，由空氣冷卻，而空氣由兩臺(tái)熱交換器用設(shè)備冷卻水冷卻?！据S承】支撐電動(dòng)機(jī)的有兩個(gè)徑向軸承和一個(gè)止推軸承。有一臺(tái)小型高壓油泵，在反應(yīng)堆冷卻劑泵啟動(dòng)或停轉(zhuǎn)前將軸瓦提升而離開止推軸盤。泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，推力由上止推軸承軸瓦承載，這個(gè)載荷來自反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的壓力和泵的動(dòng)態(tài)力，它抵消轉(zhuǎn)子的重力后尚有余；泵靜止時(shí)，下止推軸承軸瓦承受轉(zhuǎn)子重力。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院【飛輪】在發(fā)生反應(yīng)堆冷卻劑泵斷電情況下，停堆后短時(shí)間內(nèi)必須保持足夠的流量通過堆芯。飛輪提供的慣性流量不僅在斷電后短時(shí)間內(nèi)提供了足夠排熱能力，還有利于建立后續(xù)的自然循環(huán)。飛輪是關(guān)系到反應(yīng)堆安全的重要部件。它的破壞將帶來嚴(yán)重后果,因此飛輪采用優(yōu)質(zhì)鍛鋼制作,并經(jīng)過100℅超聲波探傷檢查。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院軸封泵的密封結(jié)構(gòu)和工作原理在泵軸末端附近設(shè)置軸封組件，它的作用是保證在電廠正常運(yùn)行期間從反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)沿主泵泵軸向安全殼氣空間的反應(yīng)堆冷卻劑泄漏量基本為零。軸封組件的三級(jí)密封自下而上依次稱為1號(hào)、２號(hào)、３號(hào)密封,其中頭兩道是全設(shè)計(jì)壓力的軸封,而第三道密封只是一個(gè)泄漏水導(dǎo)流軸封。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

1號(hào)密封1號(hào)密封位于泵軸承上方，它是密封組件中最重要的部件，又稱主密封。它是一種密封表面彼此不接觸的依靠液膜懸浮的流體動(dòng)力密封。液膜是由通過此級(jí)密封上下游間的壓降建立的，因而存在可控泄漏。它的主要部件是一個(gè)隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)環(huán)和不轉(zhuǎn)動(dòng)的靜環(huán)，動(dòng)環(huán)和靜環(huán)都是不銹鋼圓環(huán),表面涂氧化鋁，動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的兩個(gè)斷面之間有一層薄水膜相隔，因而不會(huì)直接接觸產(chǎn)生磨損。在運(yùn)行中如果兩個(gè)表面接觸，密封就會(huì)被破壞，并將發(fā)生過量泄漏。1號(hào)密封的壓降約為15.4MPa，對(duì)應(yīng)的泄漏量為0.7m3/h。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1號(hào)密封工作原理在正常運(yùn)行時(shí)，來自化容系統(tǒng)的高壓潔凈密封注入水從泵徑向軸承與1號(hào)密封之間以1.8m3/h流量注入，其中1.1m3/h經(jīng)熱屏熱交換器向下，它阻止高溫冷卻劑向上進(jìn)入泵徑向軸承和軸封區(qū)，此股水流最終匯入泵腔室。其余0.7m3/h的注射流通過1號(hào)密封，一部分流向2號(hào)密封，其余流回化容系統(tǒng)。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

2號(hào)密封2號(hào)密封的主要作用是阻擋1號(hào)密封的泄漏，它作為1號(hào)密封損壞時(shí)的備用密封，在1號(hào)密封失效時(shí)，承受全部運(yùn)行壓力，維持一段時(shí)間（30分鐘）以便停運(yùn)反應(yīng)堆冷卻劑泵。2號(hào)密封是一種具有摩擦面的密封。動(dòng)環(huán)密封面材料為碳化鉻，靜環(huán)密封面材料為石墨。這些密封面材料叫做摩擦副，可以更換。2號(hào)密封的潤滑由1號(hào)密封泄漏量的一小部分來保證。很小的流量流過2號(hào)密封，流過2號(hào)密封的密封水通過2號(hào)密封引漏接管收集到反應(yīng)堆冷卻劑疏水箱內(nèi)。正常工況下，2號(hào)密封前的壓力為0.45MPa，2號(hào)密封前后壓差為0.35MPa，通過2號(hào)密封的泄漏量為7.6L/h，這與1號(hào)密封的泄漏量相比是很小的。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3號(hào)密封3號(hào)密封是一個(gè)具有摩擦面的雙側(cè)型密封，它的作用是將2號(hào)密封的泄漏引導(dǎo)到排氣疏水系統(tǒng)，從而避免泄漏水進(jìn)入安全殼。同時(shí)，3號(hào)密封還要防止含硼水流產(chǎn)生硼結(jié)晶，保證對(duì)密封面材料的潤滑和冷卻。3號(hào)密封不是按承受全部系統(tǒng)壓力設(shè)計(jì)的。3號(hào)密封由一根立管提供的靜壓頭，立管內(nèi)水柱高出3號(hào)密封2m，從而使2號(hào)密封建立并保持了0.02MPa，的背壓。立管水位起對(duì)2號(hào)密封的監(jiān)測(cè)作用。若2號(hào)密封損壞，水位上升；若3號(hào)密封損壞，立管水位下降。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院安置在泵軸上三級(jí)串聯(lián)的軸封將反應(yīng)堆冷卻劑向安全殼氣空間的泄漏減到最小。從化學(xué)和容積控制系統(tǒng)引來的高壓純凈軸封水在泵下部徑向軸承和1號(hào)密封之間注入。軸封水引入后分為兩路。一路向下，冷卻泵徑向軸承，阻止下部高溫流體可能沿泵軸向上的泄漏，此部分軸封水最終進(jìn)入泵腔。另一路向上,進(jìn)入到密封段，經(jīng)過1號(hào)密封的泄漏流引導(dǎo)到化容系統(tǒng)的容積控制箱；經(jīng)2號(hào)密封的泄漏流匯集到蓄水立管，為3號(hào)密封提供恒定的靜壓，過量的泄漏經(jīng)立管溢流后和3號(hào)密封的泄漏一起引導(dǎo)到排氣疏水系統(tǒng)的反應(yīng)堆冷卻劑疏水箱。2007.12.3--2007.12.7核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器的功能

穩(wěn)壓器的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)壓器在電廠穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，將一回路壓力維持在恒定壓力下；在一回路系統(tǒng)瞬態(tài)時(shí)，將壓力變化限制在允許值內(nèi)；在事故時(shí)，防止一回路系統(tǒng)超壓