第四章反應堆冷卻劑系統和設備主要內容4-1反應堆冷卻劑系統4-2反應堆本體結構----------系統設備4-3反應堆冷卻劑泵4-4蒸汽發生器4-5穩壓器4-1反應堆冷卻劑系統一、系統的功能反應堆冷卻劑系統又稱為一回路系統，其主要功能是：(1)在核電廠正常功率運行時將堆內產生的熱量載出，并通過蒸汽發生器傳給路工質，產生蒸汽，驅動汽輪發電機組發電。(2)在停堆后的第一階段，經蒸汽發生器帶走堆內的衰變熱。(3)系統的壓力邊界構成防止裂變產物釋放到環境中的一道屏障。(4)反應堆冷卻劑作為可溶化學毒物硼的裁體，并起慢化劑和反射層作用。(5)系統的穩壓器用來控制一回路的壓力，防止堆內發生偏離泡核沸騰，同時對一路系統實行超壓保護。4-1反應堆冷卻劑系統二、系統描述系統組成：按照功能，反應堆冷卻劑系統可分為冷卻系統、壓力調節系統和超壓保護系統。反應堆冷卻劑系統的流程圖11、冷卻系統冷卻系統由反應堆冷卻劑泵、反應堆和蒸汽發生器及相應的管道組成。在正常功率運行時，反應維冷卻劑泵使冷卻劑強迫循環通過維芯，帶走燃料元件產生的熱量。圖4-1反應堆冷卻劑系統2．壓力調節系統為了保證反應堆冷卻劑系統具有好的冷卻能力，應當將堆芯置于具有足夠欠熱度的冷卻劑淹沒之中。核電廠在負荷瞬變過程中，由于量測系統的熱慣性和控制系統的滯后等原因，會造成一、二回路之間的功率失配，從而引起負荷瞬變過程中一回路冷卻劑溫度的升高或降低，造成一回路冷卻劑體積膨脹或收縮。水經波動管涌人或流出穩壓器，引起一回路壓力升高或降低。當壓力升高至超過沒定值時，壓力控制系統調節噴淋閥．由冷管段引來的過冷水向穩壓器汽空間噴淋降壓；若壓力低于設定值，壓力控制系統啟動加熱器，使部分水蒸發，升高蒸汽壓力。4-1反應堆冷卻劑系統3．超壓保護系統當一回路系統的壓力超過限值時，裝在穩壓器頂部卸壓管線上的安全閥開啟，向卸壓箱排放蒸汽，使穩壓器壓力下降，以維持整個一回路系統的完整性。卸壓系統主要由裝在穩壓器汽空間連管上的卸壓閥或安全閥及其管道和卸壓箱組成。西屋公司設計的穩壓器，上面裝備有卸壓閥和安全閥，卸壓閥的開啟整定值比安全閥的開啟整定值低。若卸壓閥開啟后使超壓瞬變過程得以緩解，安全閥則可免于開啟，法國法馬通公司設計的穩壓器，只裝備三只同一類型開啟整定值不同的安全閩。4-1反應堆冷卻劑系統三、系統參數的選擇：環路數與環路容量：核電廠的一回路系統由若干并聯的環路組成。按照核電廠安全準則，單堆核電廠的環路數不小于2，但過多的環路數將增加設備投資，因此，目前核電廠中一般采用2—4條環路并聯形式。每一條環路所對應的電功率最初為150MW。隨著核電設備設計制造能力提高，近期的壓水堆核電站，一條環路的電功率已達到300——600MW，而且以每個環路300MW設計建造600MW、900MW、12000MW的大型核電站。近代典型壓水堆核電站功率與一回路容量表4-1反應堆冷卻劑系統三、系統參數的選擇1、一回路壓力4-1反應堆冷卻劑系統三、系統參數的選擇2、反應堆冷卻劑出口溫度冷卻劑出口溫度越高，電廠熱效率越高，但受下列因素限制：(1)燃料包殼溫度限制。材料受抗高溫腐蝕性能限制。(2)傳熱溫差的要求。冷卻劑溫度至少要比包殼溫度低10℃——15℃，以保證正常的熱交換。(3)冷卻劑過冷度要求。為保證流動的穩定性和有效傳熱，冷卻劑應具有20℃左右的過冷度。

由此可見，對于一定的工作壓力，反應堆冷卻刑的堆出口溫度變化余地很小。如大亞灣核電廠一回路壓力為15.5MPa，其堆出口冷卻劑平均溫度為329．8℃。*4-1反應堆冷卻劑系統三、系統參數的選擇3．反應堆冷卻劑的入口溫度反應堆冷卻劑的出口溫度一旦確定，對于一個確定熱功率的反應堆，其人口溫度與流量有單值關系。入口溫度越高，一回路冷卻劑平均溫度越高。從這方面來說，對提高熱效率有利。但入口溫度越高，冷卻劑溫升越小，所需冷卻劑流量越大，這就增加了泵的輸送功率，從而降低了電廠的凈效率。選擇冷卻劑的入口溫度時，應綜合考慮它與流量各自帶來的利弊以及其他一些因素后，選取最佳值。4-1反應堆冷卻劑系統三、系統參數的選擇4．冷卻劑流量綜合上述分析，壓水堆核電廠一回路參數范圍是：工作壓力15MPa左右，冷卻劑在反應堆的進口溫度取280℃——300℃，在反應堆的出口溫度取310℃——330℃，進出口的溫升為30℃——40℃。核電廠變工況時，反應堆冷卻劑平均溫度變化允許的最大溫差為17℃——25℃。反應堆的設計溫度為350℃。一回路系統中冷卻劑的流量較大，當單環路對應的電功率為300Mw時，冷卻劑總質量流量可達到15000t／h~21000t／h(即每10MW熱功率160t／h~250t／h)。主管道內冷卻劑流速可達15m／s，一回路系統的總阻力約為o．6MPa~o．8MPa。4-1反應堆冷卻劑系統四、系統布置反應堆冷卻劑系統的所有設備、閥門及管道，全部安裝在安全殼內。反應堆安放在安全完中央并稍偏離中心；以避開裝卸料機構的起吊死區。堆芯部分處在反應堆廠房地平面高度以下。反應堆冷卻劑系統設備和管道的布置以反應堆壓力容器為中心，力求緊湊、簡單對稱。為了補償主管道的熱膨脹應力，蒸汽發生器和主泵采用擺動的支耀結構，以允許橫向位移。冷卻劑中存在裂變產物和腐蝕產物，對系統設備和管道有不同程度的污染。因此，在設備周圍設有隔墻，它們與安全殼培構成了二次屏蔽。主要設備(反應堆壓力容器、蒸汽發生器、反應堆冷卻劑泵、穩壓器等)和反應堆冷卻劑管道安裝在二次屏蔽墻內。4-2反應堆本體結構組成：壓水堆本體由堆芯、堆芯支撐結構、反應堆壓力容器及控制棒傳動機構組成。典型壓水堆的本體結構圖。一、堆芯結構堆芯又稱為活性區，位于反應堆壓力容器中心偏下的位置。大亞灣核電廠由157個幾何形狀和機械結構完全相同的燃料組件，構成一個高3．65m，等效直徑3．04m的準圓柱狀核反應區。反應堆冷卻劑流過堆芯時起到慢化劑的作用?？刂瓢艚M件用于反應堆控制，提供反應堆停堆能力和控制反應性快速變化。與燃料組件/（圖）組合在一起的還有一些功能組件，它們在堆啟動和運行中起著重要作用。4-2反應堆本體結構二、堆芯支撐結構4-2反應堆本體結構三、反應堆壓力容器反應堆壓力容器支撐和包容堆芯和堆內構件，工作在高壓(15．5Mpa左右)、高溫含硼酸水介質環境和放射性輻射的條件下，壽命不少于40年。反應堆壓力容器是一個底部為焊死的半球形封頭，上部為法蘭連接的半球形封頭的圓柱形容器，對于三環路設計，容器上有3個進口管嘴和出口管嘴與各冷卻劑環路的冷熱管段相接。這些進出口管嘴位于高出堆芯上平面約1．4m的同一個水平面上。反應堆壓力容器本體材料屬低碳鋼，與冷卻劑接觸表面堆焊一層5mm厚的不銹鋼。壓力容器高13m，內徑4m，簡體壁厚20m圃，總重約330t。圖4-2反應堆本體結構四、控制棒驅動機構作用：控制棒驅動機構是反應堆的重要動作部件，通過它的動作帶動控制棒組件在堆芯內上下抽插，以實現反應堆的啟動、功率調節、停堆和事故情況下的安全控制。因此，它是確保反應堆安全可控的重要部件?？刂瓢趄寗訖C構要求：在正常運行工況下棒的移動速度緩慢，每秒鐘行程約10mm，在快速停堆或事故工況時要求驅動機構在得到事故停堆信號后，即能自動脫開，控制棒組件靠自重快速插入堆芯，從得到信號到控制棒完全插入堆芯的緊急停堆時間一般為2s左右，以保證反應堆安全。4-3反應堆冷卻劑泵一、作用：反應堆冷卻劑泵義叫做主泵，它的作用是為反應堆冷卻劑提供驅動壓頭，保證足夠的強迫循環流量通過堆芯，把反應堆產生的熱量送至蒸汽發生器，產生推動汽輪機做功的蒸汽。二、對泵的基本要求：(1)能夠長期在無人維護情況下安全可靠地工作，(2)冷卻劑的泄漏要盡可能少；(3)轉動部件應有足夠大的移動慣量，以便在全廠斷電情況下，利用泵的惰性提供足夠的流量，使堆芯得到適當的冷卻；(4)過流部件表面材料要求耐高溫含硼酸水的腐蝕；(5)便于維修。三、分類：分為兩大類：全密封泵和軸封泵。4-4蒸汽發生器一、作用：蒸汽發生器是壓水堆核電廠一回路、二回路的樞紐，它將反應堆產生的熱量傳遞給蒸汽發生器二次側，產生蒸汽推動汽輪機做功。蒸汽發生器又是分隔一次側、二次側介質的屏障，它對于核電廠的安全運行十分重要。*蒸汽發生器的可靠性是比較低的，它嚴重地影響核電廠運行的安全性、經濟性及可靠性。壓水堆核電廠運行經驗表明，蒸汽發生器傳熱管斷型事故在核電廠事故中居首要地位。據報道，國外壓水堆核電廠的非計劃停堆次數中約有四分之一是因有關蒸汽發生器問題造成的。1992年，在205座堆中報告蒸汽發生器有問題的達172座。4-4蒸汽發生器蒸汽發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1mm一1．2mm。因而，傳熱管是整個一回路壓力邊界中最薄弱的部分。運行經驗也表明，傳熱管是蒸汽發生器內的事故多發區域。二、分類：4-4蒸汽發生器4-4蒸汽發生器1、立式自然循環U形管蒸汽發生器的結構的工作流程：結構：由下封頭、U形管束、汽水分離裝置及筒體組件等組成。結構圖,,主要參數工作流程:4-5穩壓器一、穩壓器的功能*

穩壓器的基本功能是建立并維持一回路系統的壓力，避免冷卻劑在反應堆內發生容積沸騰。穩壓器在電廠穩態運行時，將一回路壓力維持在恒定壓力下；在一回路系統瞬態時，將壓力變化限制在允許值以內；在事故時，防止一回路系統超壓，維護一回路的完整性。此外，穩壓器作為一回路系統的緩沖容器，吸收一回路系統水穿積的迅速變化。4-5穩壓器二、穩壓器分類按原理和結構形式的不同，穩壓器分為兩類，（1）氣罐式穩壓器：容積大，易腐蝕，淘汰（2）電加熱式穩壓器：大都采用三、穩壓器本體結構（電）結構圖現代壓水堆核電廠普通采用電加熱式穩壓器。這種穩壓器是一個立式圓柱形高壓容器。其典型的幾何參數為高13m，直徑2.5m，上下端為半球形封頭，總容積約40m2，凈重約80t。立式安裝在下部裙座上。課堂作業1、穩壓器的功能是什么？按結構和原理，穩壓器分為哪兩類？目前采用的是哪種？2、蒸汽發生器的作用是什么？壓水堆核電站主要采用的蒸汽發生器有哪三種？3、反應堆冷卻劑泵的作用是什么？對泵的主要要求是什么？核電站中有哪兩類泵？4、反應堆冷卻劑系統的主要參數是指哪些？5、大亞灣核電廠一回路壓力和堆出口冷卻劑平均溫度為是多少？燃料元件