第三章反应堆冷却剂系统和设备

3-3 反应堆冷却剂泵
一、作用：

反应堆冷却剂泵义叫做主泵，它的作用是为反应堆冷却剂提供 驱动压头，保证足够的强迫循环流量通过堆芯，把反应堆产生 的热量送至蒸汽发生器，产生推动汽轮机做功的蒸汽。
二、对泵的基本要求：
(1)能够长期在无人维护情况下安全可靠地工作， (2)冷却剂的泄漏要尽可能少； (3)转动部件应有足够大的移动惯量，以便在全厂断电情况下， 利用泵的惰性提供足够的流量，使堆芯得到适当的冷却； (4)过流部件表面材料要求耐高温含硼酸水的腐蚀； (5)便于维修。 三、分类 ：分为两大类：全密封泵和轴封泵。
3-1 反应堆冷却剂系统
3．超压保护系统 当一回路系统的压力超过限值时，装在稳压器顶部卸 压管线上的安全阀开启，向卸压箱排放蒸汽，使稳压 器压力下降，以维持整个一回路系统的完整性。 卸压系统主要由装在稳压器汽空间连管上的卸压阀或 安全阀及其管道和卸压箱组成。 西屋公司设计的稳压器，上面装备有卸压阀和安全阀， 卸压阀的开启整定值比安全阀的开启整定值低。若卸 压阀开启后使超压瞬变过程得以缓解，安全阀则可免 于开启，法国法马通公司设计的稳压器，只装备三只 同一类型开启整定值不同的安全闽。
3-1 反应堆冷却剂系统 四、系统布置




反应堆冷却剂系统的所有设备、阀门及管道，全部安装 在安全壳内。 反应堆安放在安全完中央并稍偏离中心；以避开装卸 料机构的起吊死区。堆芯部分处在反应堆厂房地平面高 度以下。 反应堆冷却剂系统设备和管道的布置以反应堆压力容 器为中心，力求紧凑、简单对称。为了补偿主管道的热 膨胀应力，蒸汽发生器和主泵采用摆动的支耀结构，以 允许横向位移。 冷却剂中存在裂变产物和腐蚀产物，对系统设备和管道 有不同程度的污染。因此，在设备周围设有隔墙，它们 与安全壳培构成了二次屏蔽。 主要设备(反应堆压力容器、蒸汽发生器、反应堆冷却 剂泵、稳压器等)和反应堆冷却剂管道安装在二次屏蔽 墙内。
第3章 反应堆冷却剂系 统和设备
动力工程系 余廷芳
主要内容
3-1 反应堆冷却剂系统 3-2 反应堆本体结构 ----------系统设备 3-3 反应堆冷却剂泵 3-4 蒸汽发生器 3-5 稳压器
一、系统的功能

3-1 反应堆冷却剂系统
反应堆冷却剂系统又称为一回路系统，其主要功能 是： (1)在核电厂正常功率运行时将堆内产生的热量载出， 并通过蒸汽发生器传给路工质，产生蒸汽，驱动汽轮 发电机组发电。 (2)在停堆后的第一阶段，经蒸汽发生器带走堆内的衰 变热。 (3)系统的压力边界构成防止裂变产物释放到环境中的 一道屏障。 (4)反应堆冷却剂作为可溶化学毒物硼的裁体，并起慢 化剂和反射层作用。 (5)系统的稳压器用来控制一回路的压力，防止堆内发 生偏离泡核沸腾，同时对一路系统实行超压保护。
3-1 反应堆冷却剂系统
三、系统参数的选择 3．反应堆冷却剂的入口温度 反应堆冷却剂的出口温度一旦确定，对于一个 确定热功率的反应堆，其人口温度与流量有单值 关系。 入口温度越高，一回路冷却剂平均温度越高。从 这方面来说，对提高热效率有利。但入口温度越 高，冷却剂温升越小，所需冷却剂流量越大，这 就增加了泵的输送功率，从而降低了电厂的净效 率。选择冷却剂的入口温度时，应综合考虑它与 流量各自带来的利弊以及其他一些因素后，选取 最佳值。
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近代典型压水堆核电站功率与一回路容量表
反 应 堆 本 体 结 构
燃 料 组 件 图
立 式 自 然 循 环 U 形 管 蒸 汽 发 生 器 的 结 构 图
59/19型蒸汽发生器主要设计参数
电 加 热 型 稳 压 器 结 构 图
程： 结构：由下封头、U形管束、汽水分离装置及筒 体组件等组成。结构图,,主要参数 工作流程:
3-5 稳压器
一、稳压器的功能* 稳压器的基本功能是建立并维持一回路系统的 压力，避免冷却剂在反应堆内发生容积沸腾。 稳压器在电厂稳态运行时，将一回路压力维持 在恒定压力下； 在一回路系统瞬态时，将压力变化限制在允许 值以内； 在事故时，防止一回路系统超压，维护一回路 的完整性。 此外，稳压器作为一回路系统的缓冲容器，吸 收一回路系统水穿积的迅速变化。
3-1 反应堆冷却剂系统
2．压力调节系统 为了保证反应堆冷却剂系统具有好的冷却能力，应当 将堆芯置于具有足够欠热度的冷却剂淹没之中。核电 厂在负荷瞬变过程中，由于量测系统的热惯性和控制 系统的滞后等原因，会造成一、二回路之间的功率失 配，从而引起负荷瞬变过程中一回路冷却剂温度的升 高或降低，造成一回路冷却剂体积膨胀或收缩。 水经波动管涌人或流出稳压器，引起一回路压力升高 或降低。当压力升高至超过没定值时，压力控制系统 调节喷淋阀．由冷管段引来的过冷水向稳压器汽空间 喷淋降压；若压力低于设定值，压力控制系统启动加 热器，使部分水蒸发，升高蒸汽压力。
课堂作业
1、稳压器的功能是什么？按结构和原理，稳 压器分为哪两类？目前采用的是哪种？ 2、蒸汽发生器的作用是什么？压水堆核电站 主要采用的蒸汽发生器有哪三种？ 3、反应堆冷却剂泵的作用是什么？对泵的主 要要求是什么？核电站中有哪两类泵？ 4、反应堆冷却剂系统的主要参数是指哪些？ 5、大亚湾核电厂一回路压力和堆出口冷却剂 平均温度为是多少？
3-5 稳压器
二、稳压器分类 按原理和结构形式的不同，稳压器分为两类， （1）气罐式稳压器：容积大，易腐蚀，淘汰 （2）电加热式稳压器：大都采用 三、稳压器本体结构（电） 结构图 现代压水堆核电厂普通采用电加热式稳压器。 这种稳压器是一个立式圆柱形高压容器。其典型 的几何参数为高13m，直径2.5m，上下端为半 球形封头，总容积约40m2，净重约80t。立式 安装在下部裙座上。

3-1 反应堆冷却剂系统
三、系统参数的选择： 环路数与环路容量：

核电厂的一回路系统由若干并联的环路组成。按照核电 厂安全准则，单堆核电厂的环路数不小于2，但过多的 环路数将增加设备投资，因此，目前核电厂中一般采用 2—4条环路并联形式。每一条环路所对应的电功率最 初为150 MW。 随着核电设备设计制造能力提高，近期的压水堆核电站， 一条环路的电功率已达到300——600 MW，而且以每 个环路300MW设计建造600MW、900MW、 12000MW的大型核电站。近代典型压水堆核电站功率与一

3-2 反应堆本体结构
3-2 反应堆本体结构
二、堆芯支撑结构
3-2 反应堆本体结构
三、反应堆压力容器 反应堆压力容器支撑和包容堆芯和堆内构件，工作在 高压(15．5Mpa左右)、高温含硼酸水介质环境和放 射性辐射的条件下，寿命不少于40年。 反应堆压力容器是一个底部为焊死的半球形封头，上 部为法兰连接的半球形封头的圆柱形容器，对于三环 路设计，容器上有3个进口管嘴和出口管嘴与各冷却 剂环路的冷热管段相接。这些进出口管嘴位于高出堆 芯上平面约1．4m的同一个水平面上。 反应堆压力容器本体材料属低碳钢，与冷却剂接触表 面堆焊一层5mm厚的不锈钢。压力容器高13m，内 径4m，简体壁厚20 m圃，总重约330 t。图

3-4 蒸汽发生器
一、作用：蒸汽发生器是压水堆核电厂一回路、二回路 的枢纽，它将反应堆产生的热量传递给蒸汽发生器二 次侧，产生蒸汽推动汽轮机做功。蒸汽发生器又是分 隔一次侧、二次侧介质的屏障，它对于核电厂的安全 运行十分重要。* 蒸汽发生器的可靠性是比较低的，它严重地影响核电 厂运行的安全性、经济性及可靠性。 压水堆核电厂运行经验表明，蒸汽发生器传热管断型 事故在核电厂事故中居首要地位。据报道，国外压水 堆核电厂的非计划停堆次数中约有四分之一是因有关 蒸汽发生器问题造成的。1992年，在205座堆中报告 蒸汽发生器有问题的达172座。
3-2 反应堆本体结构
四、控制棒驱动机构 作用：控制棒驱动机构是反应堆的重要动作部件，通过 它的动作带动控制棒组件在堆芯内上下抽插，以实现反 应堆的启动、功率调节、停堆和事故情况下的安全控制。 因此，它是确保反应堆安全可控的重要部件。 控制棒驱动机构要求：在正常运行工况下棒的移动速度 缓慢，每秒钟行程约10 mm，在快速停堆或事故工况 时要求驱动机构在得到事故停堆信号后，即能自动脱开， 控制棒组件靠自重快速插入堆芯，从得到信号到控制棒 完全插入堆芯的紧急停堆时间一般为2s左右，以保证反 应堆安全。
3-1 反应堆冷却剂系统
二、系统描述 系统组成：按照功能，反应堆冷却剂系统 可分为冷却系统、压力调节系统和超压保 护系统。反应堆冷却剂系统的流程图1 1、冷却系统 冷却系统由反应堆冷却剂泵、反应堆和蒸 汽发生器及相应的管道组成。在正常功率 运行时，反应维冷却剂泵使冷却剂强迫循 环通过维芯，带走燃料元件产生的热量。 图
组成：压水堆本体由堆芯、堆芯支撑结构、反应堆压力 容器及控制棒传动机构组成。典型压水堆的本体结构图。 一、堆芯结构 堆芯又称为活性区，位于反应堆压力容器中心偏下的 位置。 大亚湾核电厂由157个几何形状和机械结构完全相同的 燃料组件，构成一个高3．65m，等效直径3．04m的 准圆柱状核反应区。 反应堆冷却剂流过堆芯时起到慢化剂的作用。控制棒组 件用于反应堆控制，提供反应堆停堆能力和控制反应性 快速变化。与燃料组件/（图）组合在一起的还有一些 功能组件，它们在堆启动和运行中起着重要作用。
3-4 蒸汽发生器

蒸汽发生器传热管面积占一回路承压边界面积的80％ 左右，传热管壁一般为1mm一1．2mm。因而，传热 管是整个一回路压力边界中最薄弱的部分。运行经验也 表明，传热管是蒸汽发生器内的事故多发区域。
二、分类：
3-4 蒸汽发生器
3-4 蒸汽发生器
1、立式自然循环U形管蒸汽发生器的结构的工作流
回路容量表
3-1 反应堆冷却剂系统
三、系统参数的选择 1、一回路压力
3-1 反应堆冷却剂系统
三、系统参数的选择 2、反应堆冷却剂出口温度 冷却剂出口温度越高，电厂热效率越高，但受下列因素 限制： (1)燃料包壳温度限制。材料受抗高温腐蚀性能限制。 (2)传热温差的要求。冷却剂温度至少要比包壳温度低 10℃——15℃，以保证正常的热交换。 (3)冷却剂过冷度要求。为保证流动的稳定性和有效传热， 冷却剂应具有20℃左右的过冷度。 由此可见，对于一定的工作压力，反应堆冷却刑的堆 出口温度变化余地很小。如大亚湾核电厂一回路压力为 15.5MPa，其堆出口冷却剂平均温度为329．8℃。*
3-1 反应堆冷却剂系统
三、系统参数的选择 4．冷却剂流量 综合上述分析，压水堆核电厂一回路参数范围是：工作 压力15MPa左右，冷却剂在反应堆的进口温度取 280℃——300℃，在反应堆的出口温度取310℃—— 330℃，进出口的温升为30℃——40℃。核电厂变工 况时，反应堆冷却剂平均温度变化允许的最大温差为 17℃——25℃。反应堆的设计温度为350℃。 一回路系统中冷却剂的流量较大，当单环路对应的电功 率为300 Mw时，冷却剂总质量流量可达到15000t／ h~21000t／h(即每10MW热功率160t／h~250t／ h)。主管道内冷却剂流速可达15m／s，一回路系统的 总阻力约为o．6MPa~o．8MPa。
燃料元件

燃料元件是产生核裂变并释放热量的部件。它 的长为3851．5mm，外径9．5mm，Zr-4合 金包壳管厚o．57mm，包壳内装有二氧化铀芯 块。上下两端设有氧化铝隔热块，顶部安弹簧压 紧，两端用铁台金端塞封堵。并与包壳管焊接密 封在一起。
一回路系统示意图
核电站系统示意图
反应堆冷却剂系统的流程示意图