核電廠系統(tǒng)及設備講義(PPT 87頁).ppt

1、1,核電廠系統(tǒng)及設備第一講,（20122013學年第二學期） 主講：田麗霞,2,綱 要,核電廠組成 核電廠平面布置 2.1 布置原則;2.2 布置分區(qū);2.3 核心區(qū)布置; 3. 核電廠主要廠房 3.1 主要廠房總體布置; 3.2 安全殼; 3.3 汽輪機廠房; 3.4 核燃料廠房; 3.5 核輔助廠房; 4. 核電廠設備安全功能及分級 4.1 安全功能及分級; 4.2 抗震分類; 4.3 規(guī)范分級和質(zhì)保分組; 5. 核反應堆的安全設計 5.1 縱深防御原則; 5.2 多道屏障(Multi-barrier); 5.3 安全設計的基本原則;,3,1. 核電廠組成,完成熱力循環(huán)的熱力系統(tǒng):一回路,

2、二回路(汽輪機組),三回路系統(tǒng)。 完成電力生產(chǎn)：一回路,二回路,三回路,發(fā)電機輸變電系統(tǒng),通常簡單地稱為堆,機,電三大核心部分。,4,核島(nuclear island):一回路系統(tǒng)及其輔助系統(tǒng)、安全設施及廠房。 常規(guī)島(conventional island):汽輪發(fā)電機組為核心的二回路及其輔助系統(tǒng)和廠房。 配套設施( BOP: Balance of Plant)：除核島、常規(guī)島的其余部分。,5,6,壓水堆核電廠能量轉(zhuǎn)換,壓水堆核電廠將核能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苁欠炙膫€環(huán) 節(jié)，在四個主要設備中實現(xiàn)的。,（1）核反應堆：將核能經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并將熱能傳給反應堆冷卻劑，是一回路壓力邊界的重要部件。 （2）蒸汽

3、發(fā)生器：將反應堆冷卻劑的熱量傳遞給二回路的水，使其變?yōu)檎羝Ｔ诖酥贿M行熱量交換，不進行能量形態(tài)的轉(zhuǎn)變； （3）汽輪機：將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚傩D(zhuǎn)的機械能； （4）發(fā)電機：將汽輪機傳來的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?7,配套設施,a.直接為生產(chǎn)服務的:如除鹽水,壓縮空氣,輔助鍋爐等； b.保證設施:如在役檢查,輻射監(jiān)測,廢物實驗室,環(huán)境監(jiān)測,氣象等； c.廠區(qū)設施:如保安,海工構(gòu)筑物,消防,排水； d.服務設施:計算機系統(tǒng)(控制,模擬,應急,管理);文檔管理,通訊,培訓中心與模擬機。 大亞灣核電廠共有348個系統(tǒng).,8,2. 核電廠平面布置,2.1 布置原則,a.區(qū)分臟凈,臟區(qū)盡可能在下風口; b.滿足工

4、藝要求,便于設備運輸,減少管線迂回縱橫交叉; c.反應堆廠房為中心,輔助廠房,燃料廠房設在同一基巖的基墊層上,防止因廠房承載或地震所產(chǎn)生的沉降差導致管線斷裂. d.以反應堆廠房為中心,輔助廠房,燃料廠房,主控制室應急柴油發(fā)電機廠房四周.雙機組廠可采用對稱布置,公用部分輔助廠房.,9,2.2 布置分區(qū),a.核心區(qū): 核島與常規(guī)島組成。反應堆廠房為中心,輔助廠房,燃料廠房,主控制室應急柴油發(fā)電機廠房,汽輪機廠房。 b.三廢區(qū): 廢液儲存處理廠房,固化廠房,弱放廢物庫,固放廢物儲存庫,特種洗衣房。 c.供排水區(qū): 循環(huán)水泵房,輸水隧洞,排水渠,淡水凈化處理車間,消防站等。,10,d.動力供應區(qū)： 冷

5、凍機，空壓機，液氮儲存氣化，輔助鍋爐。 e.檢修及倉庫區(qū)： 檢修車間，材料倉庫,設備綜合倉庫區(qū)等。 f.廠前區(qū): 行政辦公樓，汽車庫，消防生活服務設施，入口警衛(wèi)。,11,2.3 核心區(qū)布置,按反應堆廠房與汽輪機廠房的相對位置,有T型 與L型布置： T型:汽輪機葉片旋轉(zhuǎn)平面與安全殼不相交.占地大,單獨汽機廠房。 L型:汽輪機葉片旋轉(zhuǎn)平面與安全殼相交,須設置防止汽輪機飛車時汽輪機葉片對安全殼和沖擊的屏障.占地少,兩臺以上機組可公用汽輪機廠房,僅用一臺吊車。 我國采用T型布置。,12,核電廠廠區(qū)L形布置,13,14,大亞灣核電廠廠區(qū)T型布置,15,16,3. 核電廠主要廠房,3.1 主要廠房總體布置

6、,17,3.2 安全殼 (containment)安全殼又叫做反應堆廠房。我國采用核電廠安全殼是圓柱型預應力混凝土安全殼。壁厚約80cm;內(nèi)有厚6mm的鋼襯。容許泄漏：0.1Wt%/24hours設計壓力:0.52MPa,18,3.3 汽輪機廠房,19,20,3.4 核燃料廠房,燃料廠房內(nèi)設有乏燃料貯存池，貯存池上方有一臺100150噸的橋式吊車。以吊裝乏燃料運輸容器和乏燃料冷卻系統(tǒng)的所有設備。燃料廠房通過燃料輸送管與反應堆廠房相連接。,21,3.5 核輔助廠房,輔助廠房是一個具有多種用途的鋼筋混凝土廠房。 一回路的一些輔助系統(tǒng)，如化容系統(tǒng)、硼與水補給系統(tǒng)，設冷水系統(tǒng)，安全注入系統(tǒng)廢物處理、等

7、以及該廠房必需的空氣處理及冷卻設備布置在此廠房內(nèi)。,22,4. 核電廠設備安全功能及分級,核電廠系統(tǒng)、設備和設施作用不同，要求不同，對設備的安全功能及按照其對安全的重要性，進行分級，從而既保證安全性，又避免對設備要求過于嚴而影響經(jīng)濟性。 安全分級的目的是正確選擇用于設備設計、制造、檢驗的規(guī)范標準。,23,4.1 安全功能及分級,安全功能: 1 安全停堆和維持安全停堆狀態(tài)； 2 停堆后余熱導出； 3 事故后防止放射性物質(zhì)釋放，以保證放射性物質(zhì)釋放不超過容許值。,24,如何確定某物項對于安全的重要性？ 1 確定論方法； 2 概率論方法。 傳統(tǒng)上用第一種方法較多，隨著概率論方法的日益廣乏被接受，它也

8、被用來確定物項的安全等級。,25,1 確定論方法； 對那些對安全有重要作用的、其損壞會導致嚴重放射性釋放事故的系統(tǒng)設備，確定高的安全等級。 2 概率論方法： 根據(jù)某一安全功能所起作用的幾率以及該安全功能失效后果來評價承擔此安全功能設備對于安全的重要性。,26,安全分為四級: 1 安全一級： 一回路承壓邊界所有部件；選用設備等級一級，質(zhì)量A組。按照實際可能的最高標準設計、制造、安裝和實驗。 2 安全二級： 余熱去除、安注和安噴系統(tǒng)。,27,3 安全三級： 輔助給水； 設備冷卻水； 乏燃料池冷卻系統(tǒng)； 為安全系統(tǒng)提供支持的系統(tǒng)和設施。 4 安全四級： 核島中不屬于安全三級以上的，但要求按照非和規(guī)范

9、和標準中較高要求設計制造。,28,29,4.2 抗震分類,抗震分為一、二類和非抗震類（NA）。 抗震一類指其損害會直接或間接造成事故的工況以及用來實施停堆或維持停堆狀態(tài)的構(gòu)筑物、系統(tǒng)和設備。 安全一、二、三級和LS和1E級電器設備屬抗震一類。 抗震一類要求滿足安全停堆地震載荷要求。,30,安全停堆地震是分析電廠所在區(qū)域地址和地震條件，分析當?shù)氐乇硐挛镔|(zhì)的特性的基礎上所確定的可能發(fā)生的最大地震。安全停堆地震通常取當?shù)貧v史上發(fā)生過的最大地震再加上一個適當?shù)陌踩Ａ亢蟠_定的。,31,抗震二類的表明設備的設計要滿足能承受運行基準地震（OBE）引起載荷要求。 在美國，抗震I類設備必定是安全級設備，而對非

10、安全級設備也可以提單獨的抗安全停堆地震要求。,32,4.3 規(guī)范分級和質(zhì)保分組,根據(jù)核電廠中系統(tǒng)和設備的安全等級和抗震類別在機械設備中規(guī)定了它們相應的設計、制造、檢查和驗收要求。 這種要求體現(xiàn)在相應的設備設計和制造規(guī)范中。例如美國機械工程師協(xié)會（ASME）的鍋爐和承壓容器設計規(guī)范(見表2.1)或法國的RCCM壓水堆核島機械設備設計和建造規(guī)則中規(guī)定了承壓部件（與安全有關或與安全無關）的設計、制造、檢查和驗收的要求。,33,在核島供貨范圍中根據(jù)產(chǎn)品等級不同，可以分為不同的質(zhì)保組，分別明確地規(guī)定不同的質(zhì)量保證（QA）要求。這些分組應與采用的安全準則相適應。,34,我國核電事業(yè)尚處在初始發(fā)展階段，雖然

11、制定了一套核安全法規(guī)，有完整的設備分級、抗震分類和質(zhì)保分組要求，但沒有完整的核設備設計和制造規(guī)范。實際工作中根據(jù)情況參考美國規(guī)范或法國規(guī)范。表2.1列出了美國壓水堆核電廠部分系統(tǒng)、部件和構(gòu)筑物的分級，其中規(guī)范等級一欄中為美國機械工程師協(xié)會（ASME）的鍋爐和承壓容器的設計規(guī)范，表示鍋爐和承壓容器的設計規(guī)范中無相應該標準。,35,5. 核反應堆的安全設計,核電廠的安全設計中輻射防護應遵循： 正常運行工況下反射性排放低于預定限值，對環(huán)境與公眾的影響可以忽略不計；導致高輻射計量或放射性物質(zhì)大量釋放的事故概率要低，而發(fā)生概率較高的輻射后果要小。,36,5.1 縱深防御原則,2004年國家核安全局發(fā)布“

12、新建核電廠設計中的幾個重要安全問題”，明確縱深防御要貫徹到核電廠的全部活動中。核電廠提供多層次的設備和規(guī)程，用以防止事故、或在未能防止事故發(fā)生時實施適當?shù)姆雷o，保證核電廠的安全。,37,包括五道相繼深入而又相互增援的設計防御 措施，以此來保證核電廠的安全。 第一道防御：考慮對事故的預防。 核電廠的設計必須是穩(wěn)妥的和偏于安全的。建立一整套質(zhì)量保證和安全標準。核電廠必須按嚴格的質(zhì)量標準、工程實踐經(jīng)驗以及質(zhì)量保證程序進行設計、制造、安裝、調(diào)試、運行和維修。電廠各系統(tǒng)、各設備不能出現(xiàn)不允許的差錯或故障。,38,第二道防御：防止運行中出現(xiàn)的偏差發(fā)展成為事故。 設置可靠的保護裝置和系統(tǒng)。探測妨礙安全的瞬變

13、，完成適當?shù)谋Ｗo動作。必須按保守的設計實踐設計，留有足夠的安全裕量并配有重復探測、檢查和控制手段，各種測試儀表必須具備較高的可靠性。,39,第三道防御：限制事故的放射性后果，保障公眾的安全。 對付必須加以考慮的各種假想事故, 配置了專設安全設施。輕水堆的典型假想事故有：一回路或二回路管道破裂、燃料操作事故、彈棒事故等(下圖)。輕水堆的專設安全設施包括：應急堆芯冷卻系統(tǒng)、輔助給水系統(tǒng)、安全殼及安全殼噴淋系統(tǒng)、安全殼隔離系統(tǒng)、消氫系統(tǒng)等。,40,41,第四道防御是應付可能已超出設計基準事故的嚴重事故，并使放射性后果合理盡量低。 主要任務是保護放射性包容功能。通過附加的措施和規(guī)程防止事故的發(fā)展。通過

14、減輕選定的嚴重事故后果，附以事故處置規(guī)程，達到這個目標。,42,除了上述四道防御外，對每個核電廠均應制訂應急計劃。 萬一發(fā)生嚴重事故造成放射性大量外逸時，對附近居民實行隱蔽、疏散、供給藥物、封鎖食品，使放射性物質(zhì)釋放帶來的損害減小到最小。有時也把它稱為第五道防御。 這道防御要求設置應急中心，制定和實施廠區(qū)內(nèi)、外的應急相應計劃。,43,44,45,四個應急狀態(tài)等級 U: 應急待命 A: 廠房應急 S: 廠內(nèi)應急 G: 廠外應急,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,對應急初始條件和應急行動水平可以

15、按照某 種方案進行分類，稱之為識別類。分為四 種： A類為異常輻射水平和放射性流出物排放類； F類為裂變產(chǎn)物屏障喪失類； H類為影響電廠安全的災害和其它條件類； S為系統(tǒng)故障類。,69,我國的核事故應急工作是在1986年4月26日前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電廠事故后，隨著我國秦山、大亞灣核電廠的建設而逐步發(fā)展起來的。國家核應急預案（原稱國家核應急計劃）第一版編制于1996年，是我國公共安全應急工作領域內(nèi)最早的應急預案之一。該預案第二版于2001年11月頒布。2003年“非典”事件后，又開始醞釀修訂。2004年12月，為了統(tǒng)一，國家核應急計劃更名為國家核應急預案。,我國核應急計劃,70,制定事故應急響應

16、預案的目的是：在核電廠發(fā)生事故時，采取及時有效措施，保護公眾、保護環(huán)境，將事故損失減到最小。 下一步，將努力落實修訂后的國家核應急預案，把核電廠以外的其他重要核設施（包括軍用核設施）納入國家核應急管理體系。,我國核事故應急管理體系： 核事故應急工作實行國家、地方、核電廠三級管理制。,71,5.2 多道屏障(Multi-barrier),為了阻止放射性物質(zhì)向外擴散，設計上的最重要安全措施之一，是在放射源與人之間設置了多道屏障。最為重要的是以下三道屏障。,72, 第一道屏障: 燃料元件包殼（cladding） 輕水堆核燃料采用低富集度二氧化鈾，將其燒結(jié)成芯塊，疊裝在鋯合金包殼管內(nèi)，兩端用端塞封焊住

17、。正常運行時，僅有少量氣態(tài)裂變產(chǎn)物有可能穿過包殼擴散到冷卻劑中；如包殼有缺陷或破裂，則將有較多的裂變產(chǎn)物進入冷卻劑。設計時，假定有1%的包殼破裂和1%的裂變產(chǎn)物會從包殼逸出。據(jù)美國統(tǒng)計，正常運行時實際最大破損率為0.06%。,73,74,75,第二道屏障: 一回路壓力邊界(primary system envelope)。 壓水堆一回路壓力邊界由反應堆容器和堆外冷卻劑環(huán)路組成，包括蒸汽發(fā)生器傳熱管、泵和連接管道。 材料選擇：不銹鋼；鎳集合金(SG傳熱管)； 制造：反應堆壓力容器焊縫； 運行：避免熱應力過大(輔助噴淋使用限制),76,第三道屏障: 安全殼(containmant)，即反應堆廠房。

18、 將反應堆、冷卻劑系統(tǒng)的主要設備（包括一些輔助設備）和主管道包容在安全殼內(nèi)。當事故（如失水事故、地震）發(fā)生時，它能阻止從一回路系統(tǒng)外逸的裂變產(chǎn)物泄漏到環(huán)境中去，是確保核電廠周圍居民安全的最后一道防線。 安全殼也可保護重要設備免遭外來襲擊（如飛機墜落）的破壞。 安全殼密封要求：0.1/24hour; 定期貫穿件密封檢查，打壓試驗。,77,有時見到四道屏障之說，它們依次是： 燃料芯塊； 燃料元件包殼； 一回路壓力邊界； 氣密性的承壓反應堆廠房（安全殼）。 只有這四道屏障同時遭到破壞，才會發(fā)生放射性大量釋破的事故。,78,5.3 安全設計的基本原則,核電廠安全設計的一般原則是：采用行之有效的工藝和通用的設計標準，加強設計管理，在整個設計階段和任何設計變更中必須明確安全職責。,79,核電廠各系統(tǒng)安全設計的基本原則有： 單一故障準則 滿足單一故障準則的設備組合，在其任何部位發(fā)生單一隨機故障時，仍能保持所賦于的功能。由單一隨機事件引起的各種繼發(fā)故障，均視作單一故障的組成部分。,80,多樣性原則 多樣性應用于執(zhí)行同一功能的多重系統(tǒng)或部件，即通過多重系統(tǒng)或部件中引入不同屬性來提高系統(tǒng)的可靠性。 獲得不同屬性的方式有：采用不同的工作原理、不同的物理變量