02章 压水堆核电厂

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1、2019/5/20,1,第2章 压水堆核电厂,2019/5/20,2,基本知识,2019/5/20,3,核电站,核电站是利用核分裂(Nuclear Fission)或核融合(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分裂反应而发电。 核电站主要分为两部分： 核岛：利用原子核裂变生产蒸汽的部分（包括反应堆装置和一回路系统） 常规岛：利用蒸汽发电的部分（包括汽轮发电机系统）。 燃料 核电站使用的燃料一般是放射性重金属：铀、钚。,2019/5/20,4,现在使用最普遍的民用核电站大都是压水反应堆核电站。 工作原理是：用铀制成的核燃料在反应

2、堆内进行裂变并释放出大量热能；高压下的循环冷却水把热能带出，在蒸汽发生器内生成蒸汽，推动发电机旋转。,2019/5/20,5,1、核燃料：在反应堆中使用的裂变物质及可转换物质称为核燃料。 核燃料中必须是： 含有铀-235、铀-233、钚-239三种易裂变核素中的一种或二种； 能够产生裂变并释放裂变能。 2、易裂变核素：任何能量的中子都能引起核裂变的核素称为易裂变核素，如铀-235、铀-233，钚-239三种核素。,一些核燃料的基本定义,2019/5/20,6,3、可转换核素：由于能量大于1MeV以上的中子能够引起铀-238，钍-232转化，所以称这两种核素为可裂变核素。铀-238，钍-232可

3、分别转化为钚-239及铀-233所以又将它们称为可转化核素。 4、一次核燃料和二次再生核燃料：在三种易裂变核素中，由于铀-235是存在于天然矿物中的，所以叫一次核燃料。而铀-233和钚-239是用人工方法制造得到的，所以又称为二次再生核燃料。,2019/5/20,7,链式裂变反应 当中子与裂变物质作用而发生核裂变反应时，裂变物质的原子核通常分裂为两个中等质量数的核(称为裂变碎片)。与此同时，还将平均地产生两个以上的新的裂变中子，并释放出蕴藏在原子核内部的核能。在适当的条件下，这些裂变中子又会引起周围其他裂变同位素的裂变，如此不断继续下去，这种反应过程称为链式裂变反应。,2019/5/20,8,

4、慢化剂,慢化剂，又称中子减速剂。在一般情况下，可裂变核发射出的中子的飞行速度比被其它可裂变核的捕获的中子速度要快，因此为了产生链式反应，就必须要将中子的飞行速度降下来，这时就会使用中子减速剂 对慢化剂的要求是对中子有较高的散射截面和低的吸收截面。 石墨中的碳元素，以及水中的氢元素都能起到慢化作用。,2019/5/20,9,通常用于热中子反应堆慢化剂的有三种材料,轻水（H2O） 轻水是含氢物质，慢化能力大，价格低廉，但吸收截面较大，对金属有腐蚀作用，易发生辐照分解。 重水（氘，D2O） 重水的吸收截面小，并可发生（ ，n ）反应而为链式反应提供中子；缺点是价格昂贵，还要细心防止泄漏损失、污染和与

5、氢化物发生同位素交换。 石墨 石墨吸收截面稍大于重水， 但价格便宜，又是耐高温材料，可用于非氧化气氛的高温堆中。 铍、碳氢化合物等。 铍的慢化能力比石墨好，用它作慢化剂可缩小堆芯尺寸，但铍有剧毒 、价格昂贵、易产生辐照肿胀，故使用受到限制。,2019/5/20,10,沸水堆（Boiling Water Reactor，缩写为BWR ） 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。 压水堆（Pressurized Water Reactor，缩写为PWR ） 压水反应堆利用轻水（普通水H2O）作为冷却剂和中子慢化剂。 沸水堆与压水堆同属轻水堆，都具有结构紧凑、安全可靠

6、、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。,反应堆,2019/5/20,11,重水堆（Heavy Water Reactor，缩写为HWR ） 以重水作慢化剂的反应堆。重水的中子吸收截面小，慢化性能好，中子利用率高，故可以直接利用天然铀作为核燃料。 快堆（Fast Reactor，缩写为FR） 由快中子引起裂变的反应堆。即引起裂变的初级中子的平均能量100Kev。就用途而言，一般情况下快堆不仅用于动力发电，也用于增殖，将可裂变核素转化成易裂变核素，如铀-238转化为钚-239，故又称快增殖堆（fast breeder reactor)。快堆一般采用液态金属钠作载热剂，故又

7、称钠冷快堆（sodium-cooled fast reactor）。,反应堆,2019/5/20,12,目前，世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。,2019/5/20,13,反应堆的分类,2019/5/20,14,2.1 概述,2019/5/20,15,核电站工作原理,2019/5/20,16,2019/5/20,17,压水堆核电站构成,核

8、岛：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 反应堆 蒸汽发生器 主蒸汽管 燃料厂房 废燃料池 相应系统与设备 常规岛 主要包括汽轮机组、二回路系统及发电机等，其形式与常规火电厂类似。 配套系统,2019/5/20,18,核岛系统,一回路主系统 由反应堆、主泵、稳压器、蒸汽发生器和相应管道组成。 反应堆外壳是一个耐高压容器，通常称为压力容器或压力壳，其内安装着由许多核燃料组件构成的堆芯。 一回路主系统由23个环路对称地并联在压力容器接管上构成，每个环路有一台主泵和一台蒸汽发生器。在其中一个环路上装有一台稳压器，以维持一回路运行

9、压力。,2019/5/20,19,安全和辅助系统（按功能分3类） (1)专设安全系统:在反应堆发生大量失水事故时可以自动投入，阻止事故的进一步扩大，保护反应堆的安全，同时防止放射性物质向大气环境扩散。包括安全注入系统、安全壳喷淋系统、辅助给水系统和安全壳隔离系统。 (2)核辅助系统:保证反应堆和一回路正常启动、运行和停堆。包括化学和容积控制系统、硼和水补给系统、余热排出系统、反应堆和乏燃料水池冷却和处理系统、设备冷却水系统等。 (3)三废处理系统:回收和处理放射性废物以保护和监视环境。包括废液处理系统、废气处理系统和固体废物处理系统。,2019/5/20,20,常规岛系统,常规岛系统可划分为汽

10、轮机回路、循环冷却水系统和电气系统三大部分。 汽轮机回路： 主要设备有汽轮机、汽水分离再热器、冷凝器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、主给水泵和高压加热器等。这个循环回路的流程原理与火力发电厂基本相同； 循环水冷却回路：亦称三回路，其主要功用是向冷凝器供给冷却水，确保汽轮机冷凝器的有效冷却。 电气系统：电气系统包括发电机、励磁机、主变压器、厂用变压器等。,2019/5/20,21,2019/5/20,22,核供汽系统：反应堆+反应堆冷却剂系统+辅助系统,2019/5/20,23,反应堆冷却剂系统(Reactor Coolant System,RCP)（一回路Primary system）,反应堆

11、冷却剂系统(RCP)一般有24并联在反应堆压力容器上的封闭环路。 每条环路组成：1台蒸汽发生器、12台反应堆冷却剂泵、以及管道。 其中一个环路热管段与稳压器相连,用于RCP系统的压力调节和压力保护。,每个环路中，位于反应堆压力容器出口和蒸汽发生器入口之间的管道称为热段， 主泵和压力容器入口间的管道称为冷段， 蒸汽发生器与主泵间的管道称为过渡段。,2019/5/20,24,RCP 系统组成,2019/5/20,25,1.主要功能 反应堆冷却剂系统(RCP)即核电站一回路的主回路，其主要功能是使冷却剂循环流动，将堆芯中核裂变产生的热量通过蒸汽发生器传输给二回路，同时冷却堆芯，防止燃料元件烧毁或毁坏

12、。,2019/5/20,26,2.辅助功能 (1)中子慢化剂:压水堆的冷却剂为轻水，它具有比较好的中子慢化能力，起到慢化剂的作用，使裂变产生的快中子减速成为热中子，以维持链式裂变反应。另外，它也起到反射层的作用，使泄漏出堆芯的部分中子反射回来。 (2)反应性控制:反应堆冷却剂中溶有的硼酸可吸收中子，因此通过调整硼溶度可控制反应性。,2019/5/20,27,(3)压力控制:RCP系统中的稳压器用于控制冷却剂压力，以防止堆芯中发生不利于燃料元件传热的偏离泡核沸腾现象。 (4)放射性屏障:RCP系统压力边界作为裂变产物放射性的第二道屏障，在燃料元件包壳破损泄漏时，可防止放射性物质外逸。,2019/

13、5/20,28,2.2 核电厂总体及厂房布置,2019/5/20,29,关于核电站选址有关规定文件,核电厂安全许可证件的申请和颁发； 核电厂厂址选择安全规定； 核电厂厂址选择中的地震问题； 核电厂厂址选择的大气弥散问题； 核电厂厂址选择及评价的人口分布问题； 核电厂厂址选择的外部人为事件； 核电厂厂址选择的放射性物资水力弥散问题； 核电厂厂址选择与水文地质的关系； 核电厂厂址查勘； 滨河核电厂厂址设计基准洪水的确定； 核电厂厂址选择的极端气象条件； 核电厂设计基准热带气旋； 核电厂的地基安全问题。,2019/5/20,30,核电厂选址应考虑的因素,从核安全的观点考虑,核电站的厂址选择必须是保护

14、公众和环境免受放射性事故所引起的过量辐射影响。要重点考虑： 可能发生的外部自然事件和人为事件对核电站的影响 实施应急措施及有关外围地带的人口密度、分布及其他特征 核电站正常的放射性物质释放等。,2019/5/20,31,我国现行法规标准是采用国际原子能机构制订的通用标准,比较严格,考虑因素包括： 社会、经济等 外部自然事件：如地震、工程地质、水文地质、洪水和极端气象条件、水体交换、大气扩散等); 外部人为事件、人口分布以及应急计划等 降低工程造价,提高工程的经济性也是选址时重点要考虑的原则.,2019/5/20,32,总的方面有三个：,核电厂放射特性 核电厂热功率、核燃料棒破损率、冷却剂系统泄

15、漏率、放射性废物处理系统净化能力等决定了正常运行时放射性排放量。设计上要求在极限事故工况下放射性物质释放量低于国家核安全局有关规定。 厂址自然条件和技术要求 要考虑地质灾害（地震、洪水等）、气象条件（大气扩散能力）、水源和水文条件（靠近大的水源）、交通运输方便、靠近负荷中心、远离机场和可发生爆炸及有毒物的工厂等。,2019/5/20,33,辐射安全要求 出现事故时不对居民造成超过规定的危害。 辐射安全应符合国家环境保护、辐射防护等法规和标准要求。 核电厂应设在非居住区 可防止厂外人为事故干扰 出现事故可保障居民的安全隔离 考虑厂址周围人口密度和分布,2019/5/20,34,核电厂总平面布置,

16、合理区分放射性与非放射性的建筑物，严格分开净区和脏区。脏区尽可能置于主导风向下风侧。 满足核电厂生产工艺流程要求，便于设备运输，减少厂区管线的迂回和纵横交叉。 反应堆厂房、核辅助厂房和燃料厂房，都应设在同一基岩的基垫层上，防止因沉降差异造成管线断裂。 布置时以反应堆厂房为中心，核辅助厂房、燃料厂房、主控楼和应急柴油发电机厂房围绕在反应堆厂房周围。对双单元核电厂也可采用对称布置，并共用部分核辅助厂房。,总平面布置设计时应考虑的原则：,2019/5/20,35,核电厂厂房分区,核心区：（核岛+常规岛） 包括：反应堆厂房、核辅助厂房、燃料厂房、主控制室、应急柴油发电机厂房、汽轮发电机厂房等 三废区： 包括：废液储存处理厂房、固化厂房、弱放废物库、固体废物库、特种洗衣房和特种汽车库等 供排水区： 包括：循环水泵房、疏水隧洞、排水渠道、淡水净化处理车间、消防站、高压消防泵房、排水泵房等。,2019/5/20,36,核电厂厂房分区,动力供应区： 包括：冷冻机站、压缩空气及液氮储存气化站、辅助锅炉房等 检修及仓库区：