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1、船舶核动力装置Marine Nuclear Power Plants核科学与技术学院核科学与技术学院（V2009.05.04）MNPP-C07-L189/1/2024核动力装置核动力装置27 船舶核动力装置运行与控制船舶核动力装置运行与控制 7.1 运行工况运行工况 7.2 核动力装置的静态特性核动力装置的静态特性7.3 反应堆功率控制反应堆功率控制7.4 反应堆冷却剂系统压力控制反应堆冷却剂系统压力控制7.5 反应堆冷却剂系统液位控制反应堆冷却剂系统液位控制7.6 核动力装置的启动核动力装置的启动7.7 核动力装置的功率运行核动力装置的功率运行7.8 核动力装置的停闭核动力装置的停闭9/1/
2、2024核动力装置核动力装置37.1 运行工况运行工况l7.1.1 运行工况的划分运行工况的划分 l7.1.2 核动力装置运行技术规格书核动力装置运行技术规格书 9/1/2024核动力装置核动力装置47.1.1 运行工况的划分运行工况的划分l四类基本工况四类基本工况l类工况类工况正常运行工况正常运行工况 l类工况类工况一般事故工况一般事故工况 l类工况类工况严重事故工况严重事故工况 l类工况类工况极限事故工况极限事故工况 9/1/2024核动力装置核动力装置5类工况类工况正常运行工况正常运行工况l指核动力装置在规定的正常运行限值和条件范围内的运行指核动力装置在规定的正常运行限值和条件范围内的运
3、行l装换料装换料l启动启动l临界临界l稳态功率运行稳态功率运行l线性或阶跃升降负荷线性或阶跃升降负荷l允许限额内的超功率运行允许限额内的超功率运行l热备用热备用l停堆以及日常维修等工况停堆以及日常维修等工况负荷的线性升降速率和阶跃变化幅度在规定的允许范围内负荷的线性升降速率和阶跃变化幅度在规定的允许范围内 9/1/2024核动力装置核动力装置6类工况类工况一般事故工况一般事故工况 l核动力装置试验运行和装置寿期内在役运行时以中等频率核动力装置试验运行和装置寿期内在役运行时以中等频率发生的事故发生的事故中等频率事件中等频率事件l控制棒组误提出控制棒组误提出l控制棒掉棒控制棒掉棒l反应堆功率与汽轮
4、机负荷失配反应堆功率与汽轮机负荷失配l失去正常给水失去正常给水l失去正常电源失去正常电源 发生这类事故后，允许反应堆停堆，在采取纠正措施后便发生这类事故后，允许反应堆停堆，在采取纠正措施后便能很快排除事故，使核动力装置恢复功率运行状态。能很快排除事故，使核动力装置恢复功率运行状态。 9/1/2024核动力装置核动力装置7类工况类工况严重事故工况严重事故工况 l核动力装置试验运行和在装置寿期内在役运行时可能偶然核动力装置试验运行和在装置寿期内在役运行时可能偶然发生的后果严重的事故发生的后果严重的事故低概率事件低概率事件l蒸汽发生器单根传热管断裂蒸汽发生器单根传热管断裂l一回路系统单相状态下超压一
5、回路系统单相状态下超压l反应堆冷却剂系统小管道断裂反应堆冷却剂系统小管道断裂l堆芯冷却剂流量全部丧失主蒸汽流量全部丧失堆芯冷却剂流量全部丧失主蒸汽流量全部丧失 发生这类事故后，不应导致反应堆结构完整性的严重破坏，发生这类事故后，不应导致反应堆结构完整性的严重破坏，堆芯燃料元件的损坏不得超过规定值，但在相当长的一段堆芯燃料元件的损坏不得超过规定值，但在相当长的一段时间内核动力装置仍不能恢复运行。时间内核动力装置仍不能恢复运行。 9/1/2024核动力装置核动力装置8类工况类工况极限事故工况极限事故工况 l核动力装置进行试验运行和装置寿期内在役运行时发生的核动力装置进行试验运行和装置寿期内在役运行
6、时发生的机率极小、后果非常严重的事故机率极小、后果非常严重的事故l反应堆冷却剂系统主管道断裂反应堆冷却剂系统主管道断裂l主蒸汽管道断裂主蒸汽管道断裂l全部主泵转子卡死全部主泵转子卡死l弹棒事故弹棒事故l紧急停堆拒动事故紧急停堆拒动事故9/1/2024核动力装置核动力装置9类工况类工况极限事故工况极限事故工况 l发生这类事故后，专设安全设施应能正常工作，实现冷停发生这类事故后，专设安全设施应能正常工作，实现冷停堆堆l反应堆内放射性物质会大量释放，但不会对海区产生严重反应堆内放射性物质会大量释放，但不会对海区产生严重污染，不会对艇员的健康和安全有过份的危害污染，不会对艇员的健康和安全有过份的危害l
7、发生全船沉没的假想事故和在遭遇到海难情况下，应采取发生全船沉没的假想事故和在遭遇到海难情况下，应采取有效措施保证反应堆安全停堆有效措施保证反应堆安全停堆9/1/2024核动力装置核动力装置107.1.1 运行工况的划分运行工况的划分l主要工况主要工况l启动工况启动工况 l功率运行工况功率运行工况 l异常工况异常工况 l停闭工况停闭工况 9/1/2024核动力装置核动力装置11启动工况启动工况 l分为初次启动、冷启动和热启动。分为初次启动、冷启动和热启动。l初次启动：初次启动：指反应堆初次装料（或换料）。需要检查和考核系指反应堆初次装料（或换料）。需要检查和考核系统及设备的可靠性，校核理论计算及
8、零功率堆上的试验数据，统及设备的可靠性，校核理论计算及零功率堆上的试验数据，准确掌握堆芯物理性能，并确定反应堆的运行方案。准确掌握堆芯物理性能，并确定反应堆的运行方案。l冷启动：冷启动：指反应堆处于常温常压下的例行启动。在这个过程中指反应堆处于常温常压下的例行启动。在这个过程中必须严格按照最佳提棒程序和温压限制图进行，重点预防短周必须严格按照最佳提棒程序和温压限制图进行，重点预防短周期和超压事故。期和超压事故。l热启动：热启动：指一回路系统的稳压器保留蒸汽汽腔状态下的启动运指一回路系统的稳压器保留蒸汽汽腔状态下的启动运行，由于船舶的机动性，其特点是预防在碘坑下启动和在停堆行，由于船舶的机动性，
9、其特点是预防在碘坑下启动和在停堆后启动时堆内碘的消失过程对堆内反应性带来的影响。后启动时堆内碘的消失过程对堆内反应性带来的影响。9/1/2024核动力装置核动力装置12功率运行功率运行 l功率运行工况一般指反应堆的功率在功率运行工况一般指反应堆的功率在1%100%额定功率额定功率范围内的运行范围内的运行l分为变工况和稳定工况分为变工况和稳定工况l稳定工况：稳定工况：核电厂相似核电厂相似l变工况：变工况：船舶反应堆的一种重要运行方式。船舶反应堆的一种重要运行方式。l在变工况运行时尤其要监督堆内各主要参数的变化，使其在变工况运行时尤其要监督堆内各主要参数的变化，使其在较短时间内完成达到预定的运行功
10、率任务。在较短时间内完成达到预定的运行功率任务。 9/1/2024核动力装置核动力装置13异常运行异常运行 l异常工况运行：异常工况运行：指系统或设备在局部故障情况下的运行。指系统或设备在局部故障情况下的运行。l确保船舶动力装置生命力的一个重要手段。确保船舶动力装置生命力的一个重要手段。l在航行中，一旦发生局部故障（在一定的措施下）使舰船在航行中，一旦发生局部故障（在一定的措施下）使舰船能够顺利返回基地。能够顺利返回基地。 9/1/2024核动力装置核动力装置14停闭工况停闭工况 l冷停堆和热停堆冷停堆和热停堆l冷停堆：冷停堆：将功率运行的反应堆停闭，使之处于次临界并有将功率运行的反应堆停闭，
11、使之处于次临界并有足够的停堆深度，将反应堆冷却剂系统冷却至接近环境温足够的停堆深度，将反应堆冷却剂系统冷却至接近环境温度的过程。度的过程。l正常冷停堆正常冷停堆l维修冷停堆维修冷停堆l换料冷停堆换料冷停堆l热停堆热停堆：将功率运行的反应堆停闭，处于次临界并有足够：将功率运行的反应堆停闭，处于次临界并有足够的停堆深度，维持反应堆冷却剂系统的温度和压力仍接近的停堆深度，维持反应堆冷却剂系统的温度和压力仍接近运行状态的过程。运行状态的过程。l稳压器保留蒸汽汽腔稳压器保留蒸汽汽腔l热停堆主要用于船舶的临时停泊或特殊情况热停堆主要用于船舶的临时停泊或特殊情况 9/1/2024核动力装置核动力装置157.
12、1.2 核动力装置运行技术规格书核动力装置运行技术规格书l为了满足船舶机动性的要求，核动力装置必须根据航行需为了满足船舶机动性的要求，核动力装置必须根据航行需要要及时、准确地及时、准确地改变运行状态，从而使得系统与设备的主改变运行状态，从而使得系统与设备的主要运行参数也相应发生变化。要运行参数也相应发生变化。l从核动力装置运行的安全性考虑，对参数的变化范围和变从核动力装置运行的安全性考虑，对参数的变化范围和变化速率必须加以限定。化速率必须加以限定。l某些关键参数的变化可能会危及到运行安全，核动力装置某些关键参数的变化可能会危及到运行安全，核动力装置中的安全和保护系统将迅速投入，预防事故的发生或
13、减轻中的安全和保护系统将迅速投入，预防事故的发生或减轻事故的后果。事故的后果。 9/1/2024核动力装置核动力装置161.1.运行限值和条件运行限值和条件l安全限值安全限值指过程变量（如功率、温度、压力、放射性物质排放等）指过程变量（如功率、温度、压力、放射性物质排放等）的各种限值，核动力装置在这些限值范围内运行是安全的。的各种限值，核动力装置在这些限值范围内运行是安全的。安全限值的确定以防止核动力装置发生不可接受的放射性安全限值的确定以防止核动力装置发生不可接受的放射性物质释放为依据物质释放为依据l基本的安全限值基本的安全限值燃料温度燃料温度燃料包壳温度燃料包壳温度反应堆冷却剂压力反应堆冷
14、却剂压力9/1/2024核动力装置核动力装置17安全限值l燃料包壳燃料包壳：如偏离泡核沸腾比（：如偏离泡核沸腾比（DNBR）和燃料最大线功）和燃料最大线功率密度；率密度；l一回路系统承压边界：一回路系统承压边界：反应堆冷却剂系统的最大绝对压力反应堆冷却剂系统的最大绝对压力以及反应堆冷却剂系统的最高温度；以及反应堆冷却剂系统的最高温度；l安全壳（或堆舱）：安全壳（或堆舱）：如相对压力、最高平均温度和如相对压力、最高平均温度和LOCA峰值压力下的最大泄漏率。峰值压力下的最大泄漏率。9/1/2024核动力装置核动力装置18安全系统整定值l触发各类安全系统和保护装置自动投入运行的控制参数阈值，以限制预
15、计触发各类安全系统和保护装置自动投入运行的控制参数阈值，以限制预计瞬态过程、防止超过安全限值或减轻事故的后果瞬态过程、防止超过安全限值或减轻事故的后果。 中子通量密度及其分布中子通量密度及其分布反应堆冷却剂流量变化速率反应堆冷却剂流量变化速率中子通量密度变化速率中子通量密度变化速率主泵故障主泵故障反应性保护反应性保护安全注射安全注射轴向功率分布因子轴向功率分布因子蒸汽发生器液位蒸汽发生器液位燃料包壳温度燃料包壳温度主蒸汽管道隔离主蒸汽管道隔离反应堆冷却剂温度反应堆冷却剂温度主汽轮机脱扣主汽轮机脱扣反应堆冷却剂升温反应堆冷却剂升温/ /降温速率降温速率给水隔离给水隔离反应堆冷却剂系统压力反应堆冷
16、却剂系统压力正常电源断电正常电源断电稳压器液位稳压器液位蒸汽管道的辐射水平蒸汽管道的辐射水平反应堆冷却剂流量反应堆冷却剂流量二回路蒸汽压力排放二回路蒸汽压力排放9/1/2024核动力装置核动力装置19正常运行限制条件l目的：目的：保证安全运行，使安全系统处于备用状态，以及规保证安全运行，使安全系统处于备用状态，以及规定为保持运行的必要条件。定为保持运行的必要条件。l直接运行人员必须熟知运行限值和条件内容，并严格遵守。直接运行人员必须熟知运行限值和条件内容，并严格遵守。l在核动力装置运行寿期内，可根据技术发展的情况对运行在核动力装置运行寿期内，可根据技术发展的情况对运行限值作复审，需要改进修订时
17、，必须按文件修订程序进行限值作复审，需要改进修订时，必须按文件修订程序进行审批与认可。审批与认可。l军用核动力装置还有战时运行限值和条件。军用核动力装置还有战时运行限值和条件。 9/1/2024核动力装置核动力装置20定期试验l目的：目的：确认在运行期间对核动力装置设备与系统的完好性确认在运行期间对核动力装置设备与系统的完好性l对象：对象：反应堆及其辅助设备、汽轮机发电机组、专设安全反应堆及其辅助设备、汽轮机发电机组、专设安全设施等定期进行检验和试验，以便对其性能和质量作恰当设施等定期进行检验和试验，以便对其性能和质量作恰当的验证。的验证。l分类：分类：监督性检查试验和检修后的试验监督性检查试
18、验和检修后的试验 9/1/2024核动力装置核动力装置212.2.运行温度运行温度压力控制图压力控制图 l1-21-2反应堆冷却剂系统反应堆冷却剂系统的额定运行压力的额定运行压力l2-32-3表示反应堆出口冷表示反应堆出口冷却剂允许的最高温度却剂允许的最高温度l3-43-4表示由堆芯最小烧表示由堆芯最小烧毁比所决定的运行压力毁比所决定的运行压力下限，或者运行过程中下限，或者运行过程中反应堆出口冷却剂温度反应堆出口冷却剂温度的上限的上限l4-54-5表示安全运行所允表示安全运行所允许的主泵最低工作压力许的主泵最低工作压力l5-15-1表示运行过程中反表示运行过程中反应堆出口温度的下限应堆出口温度
19、的下限 9/1/2024核动力装置核动力装置229/1/2024核动力装置核动力装置237.2核动力装置的启动与停闭核动力装置的启动与停闭l启动和停闭是核动力装置运行过程的两个重要环节。启动和停闭是核动力装置运行过程的两个重要环节。l启动：启动：使核动力装置从停闭或备用状态转换为运行状态使核动力装置从停闭或备用状态转换为运行状态l停闭：停闭：将处于运行状态的核动力装置转换为停止或备用状将处于运行状态的核动力装置转换为停止或备用状态态 9/1/2024核动力装置核动力装置24启动启动启动分类按照初始条件按照加热方式冷启动（常温常压）热启动（稳压器保留汽腔）核加热（核裂变产生的热量）电加热（主泵和
20、电加热器）冷启动是指具有一定停堆深度的次临界反应堆开始提棒，使之达到所冷启动是指具有一定停堆深度的次临界反应堆开始提棒，使之达到所需的功率水平的运行过程。需的功率水平的运行过程。冷启动有外加热启动和核加热启动两种形式冷启动有外加热启动和核加热启动两种形式9/1/2024核动力装置核动力装置251.冷启动冷启动l指具有一定停堆深度的次临界反应堆开始提棒，指具有一定停堆深度的次临界反应堆开始提棒，使之达到所需的功率水平的运行过程。使之达到所需的功率水平的运行过程。l这个过程反映了反应堆的状态变化，使主回路冷这个过程反映了反应堆的状态变化，使主回路冷却剂从相对冷态却剂从相对冷态( (堆内的常温堆内的
21、常温) )升到热态升到热态( (额定工作额定工作温度温度) )，使反应堆从相对零功率上升到有功率的状，使反应堆从相对零功率上升到有功率的状态。态。l冷启动有冷启动有外加热启动和核加热启动外加热启动和核加热启动两种形式两种形式9/1/2024核动力装置核动力装置26启动前的准备启动前的准备 l冲水排气冲水排气一回路系统中含有一定量的气体，会在堆芯内引起气泡效一回路系统中含有一定量的气体，会在堆芯内引起气泡效应，影响堆芯传热性能和反应性的变化；应，影响堆芯传热性能和反应性的变化；进入主泵驱动电机转子空腔内的气体积累到一定程度时，进入主泵驱动电机转子空腔内的气体积累到一定程度时，会导致主泵轴承干摩擦
22、，影响主泵的安全运行；会导致主泵轴承干摩擦，影响主泵的安全运行；进入控制棒顶端的磁阻马达内腔的气体会引起腐蚀；进入控制棒顶端的磁阻马达内腔的气体会引起腐蚀；进入稳压器蒸汽空间的气体会使稳压器中饱和温度和饱和进入稳压器蒸汽空间的气体会使稳压器中饱和温度和饱和压力的对应关系遭到破坏，影响传热性能和测量仪表的精压力的对应关系遭到破坏，影响传热性能和测量仪表的精度。度。9/1/2024核动力装置核动力装置27外加热启动外加热启动l利用稳压器电加热元件和主泵高速运行产生的热量加热反利用稳压器电加热元件和主泵高速运行产生的热量加热反应堆冷却剂，使反应堆冷却剂系统升温、升压到规定状态，应堆冷却剂，使反应堆冷
23、却剂系统升温、升压到规定状态，然后提升控制棒启堆运行。然后提升控制棒启堆运行。升温升压升温升压添加联氨除氧添加联氨除氧建立稳压器汽腔建立稳压器汽腔启堆启堆功率运行功率运行 9/1/2024核动力装置核动力装置28图图7-2外加热冷启动过程示意图外加热冷启动过程示意图9/1/2024核动力装置核动力装置29核加热启动核加热启动l从冷停堆状态直接提升控制棒启动反应堆，依靠核裂变功率加从冷停堆状态直接提升控制棒启动反应堆，依靠核裂变功率加热反应堆冷却剂，使一回路系统升温升压达到额定运行参数。热反应堆冷却剂，使一回路系统升温升压达到额定运行参数。l在准备工作及充水排气工作完成后，即可提升控制棒，使反应
24、在准备工作及充水排气工作完成后，即可提升控制棒，使反应堆逐渐达到临界。应注意的是，由于在冷态下启动反应堆堆逐渐达到临界。应注意的是，由于在冷态下启动反应堆，一，一回路温度低、温度效应不明显回路温度低、温度效应不明显，提升控制棒时需特别小心，谨，提升控制棒时需特别小心，谨防发生启动事故。防发生启动事故。l反应堆达到临界后，维持较低的功率（一般为反应堆达到临界后，维持较低的功率（一般为1%5%FP1%5%FP）加热反）加热反应堆冷却剂，使一回路系统升温升压，后面的启动步骤与外加应堆冷却剂，使一回路系统升温升压，后面的启动步骤与外加热启动方式相同。热启动方式相同。l核加热启动方式的启动时间约需核加热
25、启动方式的启动时间约需1313小时，比外加热方式启动要小时，比外加热方式启动要短得多，但核加热操作比较复杂，且不如外加热安全，所以要短得多，但核加热操作比较复杂，且不如外加热安全，所以要根据具体情况采用不同的加热方式。根据具体情况采用不同的加热方式。9/1/2024核动力装置核动力装置302.热启动热启动l一回路系统依靠前一次停堆后的剩余功率来维持反应堆装一回路系统依靠前一次停堆后的剩余功率来维持反应堆装置处于热态下（一般回路温度置处于热态下（一般回路温度200200左右，稳压器有蒸汽左右，稳压器有蒸汽汽腔）的启动。汽腔）的启动。l程序较为简单，直接提升控制棒使反应堆达到临界。程序较为简单，直
26、接提升控制棒使反应堆达到临界。l与冷启动不同的是，热启动之前需要了解距离停堆的时间、与冷启动不同的是，热启动之前需要了解距离停堆的时间、停堆前的运行功率以及停堆前控制棒的棒栅位置，以确定停堆前的运行功率以及停堆前控制棒的棒栅位置，以确定本次启动是否为本次启动是否为碘坑下碘坑下的启动。的启动。9/1/2024核动力装置核动力装置31图图7-3停堆后氙毒和钐毒随时间的变化停堆后氙毒和钐毒随时间的变化9/1/2024核动力装置核动力装置32与碘坑相关的热启动与碘坑相关的热启动l在积毒阶段启堆在积毒阶段启堆l由于堆内后备反应性还大于零，反应堆能够依靠提升控制棒启由于堆内后备反应性还大于零，反应堆能够依
27、靠提升控制棒启动。动。l在最大碘坑中启堆在最大碘坑中启堆l堆芯处于寿期末，堆内后备反应性不足以抵消碘坑深度，即使堆芯处于寿期末，堆内后备反应性不足以抵消碘坑深度，即使控制棒全部提起也不能使反应堆达到临界，只有待最大碘坑过控制棒全部提起也不能使反应堆达到临界，只有待最大碘坑过后再启动反应堆。后再启动反应堆。l在最大碘坑下启动时，为消除氙毒的影响，控制棒移动的幅度在最大碘坑下启动时，为消除氙毒的影响，控制棒移动的幅度大而且较频繁，所以应尽量避免在这样的情况下启动反应堆。大而且较频繁，所以应尽量避免在这样的情况下启动反应堆。l在消毒阶段启堆。在消毒阶段启堆。lXeXe浓度逐渐下降，相当于向堆芯引入正
28、反应性，即使控制棒不浓度逐渐下降，相当于向堆芯引入正反应性，即使控制棒不动，反应性也将随时间变化而明显地增加，毒性减得最快的时动，反应性也将随时间变化而明显地增加，毒性减得最快的时候，相当于引入最大的正反应性速率这一阶段启堆时应严格掌候，相当于引入最大的正反应性速率这一阶段启堆时应严格掌握控制棒的提升速度，防止因引入过大的正反应性而发生短周握控制棒的提升速度，防止因引入过大的正反应性而发生短周期事故。期事故。9/1/2024核动力装置核动力装置33复习题复习题l核动力装置运行的安全限值和安全系统整定值的基本含义是什么？l什么是冷启动？外加热启动与核加热启动有何区别？l简述外加热启动过程的主要步
29、骤及注意事项。l什么是冷停堆?什么是热停堆?9/1/2024核动力装置核动力装置34冷启动过程冷启动过程充水排气充水排气升温升压升温升压提棒临界提棒临界联氨除氧联氨除氧拉温差拉温差系统准备系统准备建汽腔建汽腔二回路二回路暖管暖机暖管暖机升功率升功率带负荷带负荷升温升压升温升压升温升压升温升压9/1/2024核动力装置核动力装置353、停闭过程、停闭过程l停止反应堆堆芯链式裂变反应的过程称为反应堆的停闭运停止反应堆堆芯链式裂变反应的过程称为反应堆的停闭运行，也就是将运行着的反应堆从所运行功率水平降到中子行，也就是将运行着的反应堆从所运行功率水平降到中子源水平。源水平。l具有一定功率水平运行的反应
30、堆停闭，主要是依靠控制棒具有一定功率水平运行的反应堆停闭，主要是依靠控制棒的插入来实现，即向堆内引入相当大的负反应性，从而中的插入来实现，即向堆内引入相当大的负反应性，从而中止堆芯链式反应过程止堆芯链式反应过程l停闭运行有两种方式，停闭运行有两种方式，即正常停闭和事故停闭即正常停闭和事故停闭。l正常停闭为正常停闭为冷停闭和热停闭冷停闭和热停闭两种。两种。9/1/2024核动力装置核动力装置36停闭分类停闭分类停闭分类停闭分类正常停闭正常停闭事故停闭事故停闭冷停闭冷停闭（常温常压）（常温常压）热停闭热停闭（保留汽腔）（保留汽腔）9/1/2024核动力装置核动力装置37停闭过程停闭过程投入余热投入
31、余热排出系统排出系统降温降压降温降压关闭蒸汽关闭蒸汽隔离阀隔离阀停堆停堆消汽腔消汽腔消温差消温差二回路耗汽二回路耗汽停止主机停止主机降功率降功率降负荷降负荷降温降压降温降压停止辅机停止辅机保温保压保温保压关闭蒸汽关闭蒸汽隔离阀隔离阀9/1/2024核动力装置核动力装置38反应堆冷停闭反应堆冷停闭l反应堆冷停闭是指反应堆从一定功率运行水平停闭并冷却反应堆冷停闭是指反应堆从一定功率运行水平停闭并冷却到常温状态的过程，主要是为了满足装置设备检修、更换到常温状态的过程，主要是为了满足装置设备检修、更换燃料或长期休整的需要。燃料或长期休整的需要。l主要步骤主要步骤关闭主机，停闭二回路系统关闭主机，停闭二
32、回路系统停闭反应堆，一回路系统降温降压停闭反应堆，一回路系统降温降压排出堆芯余热排出堆芯余热 消除稳压器汽腔，使反应堆冷却剂系统保持水实体消除稳压器汽腔，使反应堆冷却剂系统保持水实体继续降温降压至冷停堆状态继续降温降压至冷停堆状态 9/1/2024核动力装置核动力装置39反应堆的热停闭反应堆的热停闭l指反应堆冷却剂系统温度和压力均处于热态的一种次临界指反应堆冷却剂系统温度和压力均处于热态的一种次临界停堆状态停堆状态l一回路系统实行保温保压，保留稳压器汽腔，使核动力装一回路系统实行保温保压，保留稳压器汽腔，使核动力装置处于热备用状态（反应堆冷却剂系统温度维持在置处于热备用状态（反应堆冷却剂系统温
33、度维持在200200左右，压力维持在左右，压力维持在3.0MPa3.0MPa以上以上。l热备用状态后，不再降温降压，使回路温度保持在热备用状态后，不再降温降压，使回路温度保持在180220左右，稳压器温度比回路温度高左右，稳压器温度比回路温度高4090。l反应堆达到停闭所需的次临界状态后，关闭稳压器中所有反应堆达到停闭所需的次临界状态后，关闭稳压器中所有电加热元件，电加热元件，2台主泵采用低速运行，依靠停堆后的剩余台主泵采用低速运行，依靠停堆后的剩余功率对一回路系统进行保温保压。功率对一回路系统进行保温保压。 9/1/2024核动力装置核动力装置40反应堆的事故停闭反应堆的事故停闭 l事故停闭
34、属于事故停闭属于非正常工况非正常工况，是在，是在没有计划、没有准备没有计划、没有准备的情的情况下，由于系统或设备的重大故障而发生的况下，由于系统或设备的重大故障而发生的. .l控制棒反插和紧急停堆两种控制棒反插和紧急停堆两种 控制棒反插对于较小的功率起伏或刚出现事故征兆时，保控制棒反插对于较小的功率起伏或刚出现事故征兆时，保护装置将自动工作，使控制棒以高安全限定的速度反插堆护装置将自动工作，使控制棒以高安全限定的速度反插堆芯，将反应堆功率降至安全限值以下，但芯，将反应堆功率降至安全限值以下，但不完全停闭不完全停闭。紧急停堆时，反应堆控制系统根据事故情况的严重性触发紧急停堆时，反应堆控制系统根据
35、事故情况的严重性触发保护装置动作，切断控制棒电源，所有控制棒在保护装置动作，切断控制棒电源，所有控制棒在0.71.2s内全部插入堆芯，中止堆芯核裂变反应。内全部插入堆芯，中止堆芯核裂变反应。 9/1/2024核动力装置核动力装置417.3核动力装置的功率运行核动力装置的功率运行 l功率运行是船舶核动力装置的重要运行形式，运行功率范功率运行是船舶核动力装置的重要运行形式，运行功率范围一般为围一般为1%100%FP。l核动力装置在运行过程中功率变化频繁，而且变化幅度较核动力装置在运行过程中功率变化频繁，而且变化幅度较大，反应堆必须具有良好的大，反应堆必须具有良好的自稳自调特性和负荷跟踪特性自稳自调
36、特性和负荷跟踪特性，在功率过渡时具有良好的核安全保证。在功率过渡时具有良好的核安全保证。l分为稳定工况运行和变工况运行两种形式。分为稳定工况运行和变工况运行两种形式。 9/1/2024核动力装置核动力装置421.稳定工况稳定工况l功率运行过程中反应堆输出功率不随时间变化的一种运行功率运行过程中反应堆输出功率不随时间变化的一种运行方式，方式，l核动力舰船停泊负荷或匀速推进负荷要求而维持反应堆功核动力舰船停泊负荷或匀速推进负荷要求而维持反应堆功率水平恒定率水平恒定 l当反应堆功率在当反应堆功率在15%20FP以下采用手动控制，在以下采用手动控制，在15%20FP以上采用自动控制以上采用自动控制。l
37、监督的主要参数监督的主要参数l反应堆核功率与热功率，反应堆进、出口温度及平均温度，反应堆核功率与热功率，反应堆进、出口温度及平均温度，稳压器的温度、压力和液位，冷却剂流量，堆舱温度及剂稳压器的温度、压力和液位，冷却剂流量，堆舱温度及剂量水平，控制棒棒位量水平，控制棒棒位 9/1/2024核动力装置核动力装置432.变工况运行变工况运行l变工况运行是指功率运行过程中反应堆输出功率随时间而变工况运行是指功率运行过程中反应堆输出功率随时间而变化的过渡过程，这是船舶核动力装置运行的一种常见形变化的过渡过程，这是船舶核动力装置运行的一种常见形式。式。l不连续改变工况和连续改变工况不连续改变工况和连续改变
38、工况 l提升功率和降低功率提升功率和降低功率9/1/2024核动力装置核动力装置44提升功率提升功率 l二回路负荷增加二回路负荷增加l主汽轮机进汽调节阀开度增大主汽轮机进汽调节阀开度增大l蒸汽流量增加蒸汽流量增加l蒸汽发生器二次侧压力下降、液位升高蒸汽发生器二次侧压力下降、液位升高l反应堆冷却剂传递至蒸汽发生器二次侧的热量增加反应堆冷却剂传递至蒸汽发生器二次侧的热量增加l冷却剂平均温度下降冷却剂平均温度下降l堆芯引入正反应性，使反应堆功率升高堆芯引入正反应性，使反应堆功率升高l提升控制棒，增大反应堆功率输出提升控制棒，增大反应堆功率输出l使一回路功率和二回路负荷达到平衡使一回路功率和二回路负荷
39、达到平衡 9/1/2024核动力装置核动力装置45降低功率降低功率 l二回路负荷减小二回路负荷减小l主汽轮机进汽调节阀开度减小主汽轮机进汽调节阀开度减小l蒸汽流量减小蒸汽流量减小l蒸汽发生器二次侧压力上升、液位降低蒸汽发生器二次侧压力上升、液位降低l反应堆冷却剂传递至蒸汽发生器二次侧的热量减小反应堆冷却剂传递至蒸汽发生器二次侧的热量减小l冷却剂平均温度升高，冷却剂平均温度升高，l堆芯引入负反应性，使反应堆功率降低堆芯引入负反应性，使反应堆功率降低l下插控制棒，减小反应堆功率输出下插控制棒，减小反应堆功率输出l使一回路功率和二回路负荷达到平衡。使一回路功率和二回路负荷达到平衡。9/1/2024核
40、动力装置核动力装置46功率运行时堆芯反应性的变化功率运行时堆芯反应性的变化 l堆芯反应性的变化比较复杂，影响因素也较多，依据堆型、堆芯反应性的变化比较复杂，影响因素也较多，依据堆型、提棒方式、功率大小、运行工况、运行时间等条件的不同提棒方式、功率大小、运行工况、运行时间等条件的不同而各不相同。就压水堆而言，主要的影响因素有慢化剂温而各不相同。就压水堆而言，主要的影响因素有慢化剂温度效应、中毒、燃耗、压力效应、多卜勒效应等。度效应、中毒、燃耗、压力效应、多卜勒效应等。l负荷、流量、功率变化也会引起堆芯反应性的变化。负荷、流量、功率变化也会引起堆芯反应性的变化。9/1/2024核动力装置核动力装置
41、477.4核动力装置的稳态运行特性核动力装置的稳态运行特性l船舶核动力装置的设计工况通常是全速工况（即船舶核动力装置的设计工况通常是全速工况（即100%FP100%FP工工况），但实际上核动力舰船绝大部分时间都在低速下航行，况），但实际上核动力舰船绝大部分时间都在低速下航行，还需要按照航行的要求不断改变航速，功率变化频繁而且还需要按照航行的要求不断改变航速，功率变化频繁而且变化幅度较大。变化幅度较大。l核动力装置的工作状态经常要偏离设计工况，各主要系统核动力装置的工作状态经常要偏离设计工况，各主要系统与设备的性能往往随负荷发生变化。与设备的性能往往随负荷发生变化。l目的：目的：对核动力装置的设
42、计和运行提供依据，必须研究和对核动力装置的设计和运行提供依据，必须研究和掌握核动力装置中各主要系统与设备运行参数随负荷变化掌握核动力装置中各主要系统与设备运行参数随负荷变化的规律。的规律。 9/1/2024核动力装置核动力装置487.4核动力装置的稳态运行特性核动力装置的稳态运行特性l稳定工况下核动力装置相关的主要参数随负荷变化的规律稳定工况下核动力装置相关的主要参数随负荷变化的规律称为核动力装置的稳态运行特性，也称为核动力装置的静称为核动力装置的稳态运行特性，也称为核动力装置的静态特性，态特性，l取决于装置负荷的变化情况，取决于装置负荷的变化情况，l是装置功率的函数是装置功率的函数l是装置非
43、设计工况下的稳态特性是装置非设计工况下的稳态特性l可以通过解析法或者实验法获得可以通过解析法或者实验法获得 9/1/2024核动力装置核动力装置497.4核动力装置的稳态运行特性核动力装置的稳态运行特性l推进系统的静态特性推进系统的静态特性l主汽轮机组的静态特性主汽轮机组的静态特性l主汽轮机主汽轮机l主冷凝器主冷凝器l给水加热器给水加热器l核蒸汽供应系统的静态特性核蒸汽供应系统的静态特性l静态特性方程组静态特性方程组l运行方案运行方案9/1/2024核动力装置核动力装置50运行方案运行方案l冷却剂平均温度不变运行方案，保持冷却剂平均温度不变运行方案，保持 恒定；恒定；l反应堆出口温度反应堆出口
44、温度( (即蒸汽发生器入口温度即蒸汽发生器入口温度) )不变运行方案，不变运行方案，保持反应堆出口温度保持反应堆出口温度 恒定；恒定；l二回路蒸汽压力不变运行方案，保持二回路蒸汽压力不变运行方案，保持 恒定；恒定；l折衷运行方案。折衷运行方案。9/1/2024核动力装置核动力装置51冷却剂平均温度不变运行方案冷却剂平均温度不变运行方案l反应堆在没有外部控制时，反应堆冷却反应堆在没有外部控制时，反应堆冷却剂能够自己稳定在某一平均温度，并可剂能够自己稳定在某一平均温度，并可自动适应功率的需要自动适应功率的需要l压力控制系统中的稳压器尺寸可以最小压力控制系统中的稳压器尺寸可以最小l装置中热应力变化较
45、小，负荷响应快，装置中热应力变化较小，负荷响应快，负荷波动后恢复到整定值所需的时间较负荷波动后恢复到整定值所需的时间较少。少。l二回路侧蒸汽参数随输出功率变化幅度二回路侧蒸汽参数随输出功率变化幅度很大，尤其是在低功率运行时，蒸汽压很大，尤其是在低功率运行时，蒸汽压力较高，要求二回路蒸汽管道、阀门、力较高，要求二回路蒸汽管道、阀门、汽轮机等设备的承压能力较高。汽轮机等设备的承压能力较高。l船舶核动力装置为满足机动性的要求，船舶核动力装置为满足机动性的要求，低负荷下运行的时间也较长，因此这种低负荷下运行的时间也较长，因此这种运行方案的缺点显得更加突出运行方案的缺点显得更加突出 9/1/2024核动
46、力装置核动力装置52反应堆出口冷却剂温度恒定运行方案反应堆出口冷却剂温度恒定运行方案 l在此运行方案下可使部分负荷时冷在此运行方案下可使部分负荷时冷却剂的平均温度提高，二回路侧蒸却剂的平均温度提高，二回路侧蒸汽参数随负荷降低而增高得更快。汽参数随负荷降低而增高得更快。l反应堆出口温度都保持在某一固定反应堆出口温度都保持在某一固定的最大值，不会出现反应堆出口超的最大值，不会出现反应堆出口超温的情况。温的情况。l要求稳压器尺寸也较大，而且反应要求稳压器尺寸也较大，而且反应堆必须设置一个外部控制系统，以堆必须设置一个外部控制系统，以满足功率水平改变的需要。满足功率水平改变的需要。l缺点：二回路侧蒸汽
47、参数随装置负缺点：二回路侧蒸汽参数随装置负荷的降低升高很快，对二回路蒸汽荷的降低升高很快，对二回路蒸汽系统和用汽设备的设计、运行要求系统和用汽设备的设计、运行要求显著提高。显著提高。9/1/2024核动力装置核动力装置53蒸汽压力恒定运行方案蒸汽压力恒定运行方案 l由于二次侧蒸汽参数不变，给二回由于二次侧蒸汽参数不变，给二回路系统和主要用汽设备的设计、运路系统和主要用汽设备的设计、运行和管理带来许多方便行和管理带来许多方便l在整个稳定功率运行范围内平均温在整个稳定功率运行范围内平均温度的变化很大，由于温度效应而引度的变化很大，由于温度效应而引起的堆芯反应性扰动也较大，一方起的堆芯反应性扰动也较
48、大，一方面要求稳压器具有更大的容积补偿面要求稳压器具有更大的容积补偿能力，重量尺寸增大，另一方面也能力，重量尺寸增大，另一方面也要求反应堆功率控制系统频繁移动要求反应堆功率控制系统频繁移动控制棒以补偿堆芯反应性的变化，控制棒以补偿堆芯反应性的变化，给一回路系统的设计和运行带来一给一回路系统的设计和运行带来一定的困难。定的困难。 9/1/2024核动力装置核动力装置54折衷运行方案折衷运行方案 l装置负荷在装置负荷在50%FP以上时，冷却剂以上时，冷却剂平均温度、冷却剂流量保持额定值平均温度、冷却剂流量保持额定值不变，各参数的变化规律与不变，各参数的变化规律与Tav恒定恒定运行方案完全相同。当装
49、置负荷低运行方案完全相同。当装置负荷低于于50%FP时，冷却剂流量降低为额时，冷却剂流量降低为额定流量的二分之一或三分之一，定流量的二分之一或三分之一，Tav随装置负荷的减小而线性降低，使随装置负荷的减小而线性降低，使得二次侧蒸汽温度和压力升高的幅得二次侧蒸汽温度和压力升高的幅度显著减小。度显著减小。l将设计、运行和管理的困难由一、将设计、运行和管理的困难由一、二回路共同承担，对于一、二回路二回路共同承担，对于一、二回路都较为有利，但是增加了控制环节，都较为有利，但是增加了控制环节，增大了系统的复杂性。增大了系统的复杂性。9/1/2024核动力装置核动力装置55直流蒸汽发生器静态特性直流蒸汽发
50、生器静态特性 9/1/2024核动力装置核动力装置567.5反应堆功率控制反应堆功率控制 l主要目的主要目的l根据装置运行情况自动控制某些设备（如流量调节阀、截止阀、根据装置运行情况自动控制某些设备（如流量调节阀、截止阀、泵和控制棒驱动机构等）泵和控制棒驱动机构等）l保证装置在正常功率运行的各种工况下保证装置在正常功率运行的各种工况下l各主要参数在规定的允许范围内，并使装置具有良好的适应负荷各主要参数在规定的允许范围内，并使装置具有良好的适应负荷变化的能力，变化的能力，l确保船舶航行所要求的机动性能确保船舶航行所要求的机动性能l减小运行人员的劳动强度减小运行人员的劳动强度l增加装置运行的安全性
51、；增加装置运行的安全性；l当装置出现异常工况时，根据运行参数偏离规定范围的程度及时当装置出现异常工况时，根据运行参数偏离规定范围的程度及时报警，必要时自动停闭反应堆，启动工程安全设施，保证装置在报警，必要时自动停闭反应堆，启动工程安全设施，保证装置在事故情况下的安全，并通过适当措施，防止或减少运行人员的误事故情况下的安全，并通过适当措施，防止或减少运行人员的误操作而引起一些意外事故。操作而引起一些意外事故。 9/1/2024核动力装置核动力装置57设计要求设计要求l反应堆功率控制系统的功能是根据船舶航行对负荷的要求，反应堆功率控制系统的功能是根据船舶航行对负荷的要求，采用适当的方式改变反应堆功
52、率，使反应堆功率与二回路采用适当的方式改变反应堆功率，使反应堆功率与二回路负荷的需要相一致。负荷的需要相一致。l有些文献资料中把这一调节系统称为装置功率和温度调节有些文献资料中把这一调节系统称为装置功率和温度调节系统。系统。 9/1/2024核动力装置核动力装置58设计要求设计要求l当装置负荷发生变化时，反应堆功率应能自动跟踪负荷的当装置负荷发生变化时，反应堆功率应能自动跟踪负荷的变化，使反应堆功率与汽轮机负荷匹配。变化，使反应堆功率与汽轮机负荷匹配。l功率阶跃下降：功率阶跃下降：30s内功率自内功率自100FP阶跃下降到阶跃下降到18FP；l功率阶跃上升：功率阶跃上升：30s内功率自内功率自
53、18FP阶跃上升到阶跃上升到90FP；l前进、后退切换：前进、后退切换：5s内功率自内功率自100FP阶跃下降到阶跃下降到18FP，50s后，后，再用再用30s时间将功率由时间将功率由18FP提升到提升到80FP；l后退、前进切换：后退、前进切换：5s内功率自内功率自80FP减少到减少到18FP，50s后，再用后，再用30s时间把功率由时间把功率由18FP提升到提升到100FP。 9/1/2024核动力装置核动力装置59设计要求设计要求l当装置在内、外扰动引起的动态过程结束时，装置的运行当装置在内、外扰动引起的动态过程结束时，装置的运行参数应该符合设计规定的装置稳态运行特性。参数应该符合设计规
54、定的装置稳态运行特性。l装置在运行过程中，经常还有一些内扰动引起反应堆堆芯装置在运行过程中，经常还有一些内扰动引起反应堆堆芯反应性的变化，影响到装置稳定运行，反应堆功率控制系反应性的变化，影响到装置稳定运行，反应堆功率控制系统应该具备克服这些扰动的能力，保证反应堆安全稳定地统应该具备克服这些扰动的能力，保证反应堆安全稳定地运行。运行。 9/1/2024核动力装置核动力装置60控制原理控制原理l反应堆功率调节的基本原理以反应堆中子动力学方程为依据反应堆功率调节的基本原理以反应堆中子动力学方程为依据l只要控制棒组具有足够的反应性控制能力，总可以通过改变只要控制棒组具有足够的反应性控制能力，总可以通
55、过改变kk使总使总的反应性的反应性等于零、大于零或小于零，从而达到控制反应堆功率的目等于零、大于零或小于零，从而达到控制反应堆功率的目的。的。l在二回路负荷发生变化时，反应堆功率控制系统以蒸汽发生器出口蒸在二回路负荷发生变化时，反应堆功率控制系统以蒸汽发生器出口蒸汽流量或主汽轮机调速级后压力作为输入信号，与核测系统测量得到汽流量或主汽轮机调速级后压力作为输入信号，与核测系统测量得到的反应堆核功率进行比较，差值信号经放大后送入控制棒驱动机构，的反应堆核功率进行比较，差值信号经放大后送入控制棒驱动机构，通过改变控制棒棒位调节堆芯反应性，提升或降低反应堆功率，使其通过改变控制棒棒位调节堆芯反应性，提
56、升或降低反应堆功率，使其与二回路负荷相平衡。与二回路负荷相平衡。9/1/2024核动力装置核动力装置61平均温度恒定控制原理平均温度恒定控制原理9/1/2024核动力装置核动力装置62蒸汽压力恒定控制原理蒸汽压力恒定控制原理9/1/2024核动力装置核动力装置637.6稳压器的压力和液位控制稳压器的压力和液位控制l变化的原因变化的原因l由于反应堆冷却剂温度变化、补水、取样和泄漏等原因会引起冷却剂由于反应堆冷却剂温度变化、补水、取样和泄漏等原因会引起冷却剂体积的膨胀或收缩体积的膨胀或收缩l导致的后果导致的后果l若压力过高，因应力的影响会使系统设备受到破坏；若压力过低，则若压力过高，因应力的影响会
57、使系统设备受到破坏；若压力过低，则会造成堆芯局部沸腾，严重时可能会出现体积沸腾而烧毁燃料元件。会造成堆芯局部沸腾，严重时可能会出现体积沸腾而烧毁燃料元件。l一回路系统中冷却剂的体积发生波动，波动体积流入或流出稳压器，一回路系统中冷却剂的体积发生波动，波动体积流入或流出稳压器，将使稳压器的液位和压力发生变化，稳压器液位过高或者过低，都会将使稳压器的液位和压力发生变化，稳压器液位过高或者过低，都会影响稳压器的压力控制能力。影响稳压器的压力控制能力。9/1/2024核动力装置核动力装置647.6稳压器的压力和液位控制稳压器的压力和液位控制9/1/2024核动力装置核动力装置65压力控制系统及工作原理
58、压力控制系统及工作原理9/1/2024核动力装置核动力装置667.7自然循环蒸汽发生器的液位控制自然循环蒸汽发生器的液位控制 l必要性必要性l液位对蒸汽发生器的安全运行具有重要影响。液位对蒸汽发生器的安全运行具有重要影响。l液位过高，淹没了一级汽水分离器，将会直接影响汽水分离效果，液位过高，淹没了一级汽水分离器，将会直接影响汽水分离效果，使得蒸汽发生器出口蒸汽湿度过大，影响汽轮机运行的效率和安使得蒸汽发生器出口蒸汽湿度过大，影响汽轮机运行的效率和安全全l如果液位过低，使得传热管束露出水面，这一区域的传热管束可如果液位过低，使得传热管束露出水面，这一区域的传热管束可能沉积大量盐分而加剧腐蚀，能沉
59、积大量盐分而加剧腐蚀，l在下降通道中液位上下波动，在交变热应力作用下材料容易发生在下降通道中液位上下波动，在交变热应力作用下材料容易发生腐蚀疲劳。腐蚀疲劳。 9/1/2024核动力装置核动力装置67影响液位变化的主要因素影响液位变化的主要因素 l给水流量、蒸汽流量和排污流量之间的平衡关系给水流量、蒸汽流量和排污流量之间的平衡关系。l稳态运行时，给水流量应等于蒸汽流量和排污流量之和。蒸汽发稳态运行时，给水流量应等于蒸汽流量和排污流量之和。蒸汽发生器液位的扰动，常常首先来自负荷的变化，即蒸汽流量的变化。生器液位的扰动，常常首先来自负荷的变化，即蒸汽流量的变化。由于给水流量不能迅速跟随蒸汽流量的变化
60、，质量平衡被打破，由于给水流量不能迅速跟随蒸汽流量的变化，质量平衡被打破，导致蒸汽发生器液位的变化。导致蒸汽发生器液位的变化。l蒸汽发生器二次侧压力对汽相、液相介质密度的影响。蒸汽发生器二次侧压力对汽相、液相介质密度的影响。l装置负荷变化时，蒸汽发生器二次侧压力会随之发生变化。随着装置负荷变化时，蒸汽发生器二次侧压力会随之发生变化。随着压力的增加，饱和水密度变小，饱和蒸汽密度增大。在蒸汽发生压力的增加，饱和水密度变小，饱和蒸汽密度增大。在蒸汽发生器液面以下是汽、水两相混合物，其平均密度也随压力发生变化，器液面以下是汽、水两相混合物，其平均密度也随压力发生变化，从而引起液位的波动。从而引起液位的波动。l液面以下蒸汽体积的变化对液位的影响。液面以下蒸汽体积的变化对液位的影响。l在蒸汽发生器中，由于蒸汽流量随负荷变化，使得沸腾部分的汽在蒸汽发生器中，由于蒸汽流量随负荷变化，使得沸腾部分的汽泡量因局部压力变化而变化，液位呈现所谓瞬时泡量因局部压力变化而变化，液位呈现所谓瞬时“虚假液位虚假液位”现现象。象。9/1/2024核动力装置核动力装置68液位调节系统液位调节系统
