第六章 压水反应堆水处理系统
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压水堆核电厂的运行_第六章
• EPR，VVER
穹顶在吊装中（左） 穹顶内部（右） 2
吊装环吊的大梁（左） 穹顶钢束张紧（右）
安全壳建造中（左）150吨穹顶吊装（右） 35
安全壳变形测量（左）阀门局部泄漏试验（右）
安全壳贯穿件
• 贯穿通道：
– 设备入口管子 – 电缆套筒 – 燃料组件运输管道的贯穿孔 – 空气闸门。
• 为了不使贯穿件处泄漏，均 有特殊设计，它是由一个穿 过混凝土壁面并锚固在混凝 土上的刚套管及两个接头构 成。接头保证了套管和穿过 安全壳的管道或电缆间的密 封连接。
障。
25
安全壳
• 型式：
– 材料
• 钢板 • 钢筋混凝土制造的(包括预应力混凝土) • 既用钢板又用钢筋混凝土
– 性能
• 干式 • 冰冷凝器式
– 形状
• 球形 • 圆筒形
– 由材料、性能、形式等几方面的组合,结合考虑压水堆核电厂的厂 址,输出功率、经济性和安全性等因素，具有代表性的有以下几种。
26
• 美国早期建造的电功率为800MW压水堆核 电厂安全壳，直径约40m，钢板厚度38mm， 半球顶、椭球底，二次包容壳为椭球顶盖 的圆柱形钢筋混凝土结构，两层壳之间留 有1.5 m宽的环形空间，环腔内呈负压，从 钢壳泄漏至环腔的放射性气体只有经过过 滤净化后方能从排气烟囱排放,以降低放射 性物质对环境的污染。
同时，触发其他系统的保护动作：
– 反应堆紧急停堆； – 安全壳隔离系统 – 汽轮机脱扣 – 启动应急柴油发电机； – 隔离主给水系统并停运主给水泵； – 启动电动辅助给水泵；
21
16
安注过程
• 1.冷段直接注入阶段 – 这一阶段是利用一回路冷却剂正常运行时的流向,使硼酸溶液尽快地注人堆芯。 – 一旦接到"安注"信号,立即自动执行以下动作：
穹顶在吊装中（左） 穹顶内部（右） 2
吊装环吊的大梁（左） 穹顶钢束张紧（右）
安全壳建造中（左）150吨穹顶吊装（右） 35
安全壳变形测量（左）阀门局部泄漏试验（右）
安全壳贯穿件
• 贯穿通道：
– 设备入口管子 – 电缆套筒 – 燃料组件运输管道的贯穿孔 – 空气闸门。
• 为了不使贯穿件处泄漏，均 有特殊设计，它是由一个穿 过混凝土壁面并锚固在混凝 土上的刚套管及两个接头构 成。接头保证了套管和穿过 安全壳的管道或电缆间的密 封连接。
障。
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安全壳
• 型式：
– 材料
• 钢板 • 钢筋混凝土制造的(包括预应力混凝土) • 既用钢板又用钢筋混凝土
– 性能
• 干式 • 冰冷凝器式
– 形状
• 球形 • 圆筒形
– 由材料、性能、形式等几方面的组合,结合考虑压水堆核电厂的厂 址,输出功率、经济性和安全性等因素，具有代表性的有以下几种。
26
• 美国早期建造的电功率为800MW压水堆核 电厂安全壳，直径约40m，钢板厚度38mm， 半球顶、椭球底，二次包容壳为椭球顶盖 的圆柱形钢筋混凝土结构，两层壳之间留 有1.5 m宽的环形空间，环腔内呈负压，从 钢壳泄漏至环腔的放射性气体只有经过过 滤净化后方能从排气烟囱排放,以降低放射 性物质对环境的污染。
同时，触发其他系统的保护动作：
– 反应堆紧急停堆； – 安全壳隔离系统 – 汽轮机脱扣 – 启动应急柴油发电机； – 隔离主给水系统并停运主给水泵； – 启动电动辅助给水泵；
21
16
安注过程
• 1.冷段直接注入阶段 – 这一阶段是利用一回路冷却剂正常运行时的流向,使硼酸溶液尽快地注人堆芯。 – 一旦接到"安注"信号,立即自动执行以下动作：
核电站化学_压水反应堆水处理系统共73页文档
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
核电站化学_压水反应堆水处理系统
36、“不可能”这个字(语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
核电站化学_压水反应堆水处理系统
36、“不可能”这个字(语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
压水反应堆
o主要缺点：热导率低，以致燃料的中心温度高达
2000℃左右，中心与表面温差达1000℃以上。因此， 燃料芯块的热应力很大，特别是在堆内燃烧到后期， 核燃料过分膨胀会挤压包壳管。
(b)包壳
➢ 作用：防止裂变产物沾污回路水并防止核燃料与冷却剂相接触。
➢ 目前压水堆燃料元件包壳几乎都是Zr-4合金冷拉而成（长3-4米，
➢ 反应堆在核电站的作用就象是火电站的锅炉，它
是整个核电站的心脏。它以核燃料在其中发生特 殊形式的“燃烧”产生热量，来加热水使之变成蒸汽。
➢ 反应堆通常是个圆柱体的压力容器，其中裂变
材料所在部分称为反应堆堆芯。
➢ 堆芯结构由核燃料组件、控制棒组件、可燃毒物
组件、中子源组件和阻力塞组件等组成。
堆芯布置
燃料包壳的选择
（1）不锈钢：高温强度好； 热中子吸收截面大(a：3.0巴)； 快堆用做燃料包壳。
（2）Zr合金：显著改善中子经济性(a；0.22巴~0.24巴) Zr-2 (Sn Fe Cr Ni ) (%) 1.5 0.12 0.1 0.05 Zr-4 (Sn Fe Cr Ni ) (%) 1.5 0.15 0.1 0.0 去掉了镍，抑制吸氢，防止脆化。
(c) 控制棒导向管
➢ 控制棒导向管：它和格架固定在一起构成燃料组件
的支撑骨架，并提供了插入控制棒组件、可燃毒物组件、 中子源组件和阻力塞组件的通道。
➢ 每个导向管都是由上下直径不同的Zr-4合金管组成，上
面大直径起导向作用并和控制棒间保持1mm左右的间隙，
冷却剂可以通过该间隙冷却控制棒。占导向管全长约1/7的
或 n 235 U U 236 * 140 Xe 94Sr 2n
-
-
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2000℃左右，中心与表面温差达1000℃以上。因此， 燃料芯块的热应力很大，特别是在堆内燃烧到后期， 核燃料过分膨胀会挤压包壳管。
(b)包壳
➢ 作用：防止裂变产物沾污回路水并防止核燃料与冷却剂相接触。
➢ 目前压水堆燃料元件包壳几乎都是Zr-4合金冷拉而成（长3-4米，
➢ 反应堆在核电站的作用就象是火电站的锅炉，它
是整个核电站的心脏。它以核燃料在其中发生特 殊形式的“燃烧”产生热量，来加热水使之变成蒸汽。
➢ 反应堆通常是个圆柱体的压力容器，其中裂变
材料所在部分称为反应堆堆芯。
➢ 堆芯结构由核燃料组件、控制棒组件、可燃毒物
组件、中子源组件和阻力塞组件等组成。
堆芯布置
燃料包壳的选择
（1）不锈钢：高温强度好； 热中子吸收截面大(a：3.0巴)； 快堆用做燃料包壳。
（2）Zr合金：显著改善中子经济性(a；0.22巴~0.24巴) Zr-2 (Sn Fe Cr Ni ) (%) 1.5 0.12 0.1 0.05 Zr-4 (Sn Fe Cr Ni ) (%) 1.5 0.15 0.1 0.0 去掉了镍，抑制吸氢，防止脆化。
(c) 控制棒导向管
➢ 控制棒导向管：它和格架固定在一起构成燃料组件
的支撑骨架，并提供了插入控制棒组件、可燃毒物组件、 中子源组件和阻力塞组件的通道。
➢ 每个导向管都是由上下直径不同的Zr-4合金管组成，上
面大直径起导向作用并和控制棒间保持1mm左右的间隙，
冷却剂可以通过该间隙冷却控制棒。占导向管全长约1/7的
或 n 235 U U 236 * 140 Xe 94Sr 2n
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压水反应堆水处理系统介绍
离子交换基团的引入
• 强酸性阳离子交换树脂
白球的磺化反应是在加热条件下, 在二氯乙烷和
浓硫酸作用下完成的
• 强碱性阴离子交换树脂 向白球上引进季铵基团则要先经氯甲基化, 然后再 用叔胺(R3N)处理
离子交换树脂的主要物理性能
外形和颗度 离子交换树脂是一种半透明的网状球形物质, 颜 色有白、黄、黑和赤褐色数种. 树脂的颜色与性能 关系不大. 在使用过程中, 随着树脂渐趋饱和, 颜色
离子交换机理
若将含有M±离子的溶液在一定的温度下, 以一 定的速度通过结构为R-A±型树脂床, 并测量进、 出口溶液浓度的变化, M±离子能被相当彻底地去 除,以后树脂逐渐饱和, 交换能力下降, 直至完全失 效.这一离子交换过程表示为: RA M RM A
离子交换树脂的选择性 离子电荷 在低浓度水溶液中, 交换离子的电荷越大, 越易被 树脂吸附, 对阳离子有下列顺序: Th4+＞A13+＞Ca2+＞Na+ 对阴离子则有： PO43-＞SO42- ＞NO3
但在高浓度水溶液中, 选择性差别缩小, 高浓度的 低价离子往往具有较高的交换“势”, 这就是树脂 的再生原理.
离子半径与水合作用 低浓度水溶液中, 相同电荷的离子, 水合半径越小, 或离子的水合能越小, 就越容易被交换吸附. 原子 序数越大, 水合能越小, 越易吸附. 选择性吸附顺序:
Cs Rb K Na Li
往往逐渐加深.
树脂颗粒大小对树脂的交换能力、净化效率、
水流通过树脂层的压力降以及水流分布的均匀程度
பைடு நூலகம்
都有一定影响。树脂颗粒越小，离子在其内的扩散
路程越短，交换过程就越迅速、越充分。但颗粒过
核电站化学_压水反应堆水处理系统
Ra
2
Na Li
2
Ba
2
Sr
2
Ca
Mg
2
Be
2
I
Br Cl F
但随着温度或浓度增高, 同价离子交换“势”的差 别逐渐缩小, 甚至出现反常. 因此, 分离溶液浓度不 宜太高, 但树脂再生溶液浓度却应稍高些.
离子交换树脂的交换容量与净化效率
第五章 放射性污染处理 原则与控制
哈尔滨工程大学核科学与技术学院
教学目标
说出核电站化学去污原理和方法 描述核电站放射性废水、废气的产生、处理和控制
教学内容
系统和设备的化学去污 原理及方法 放射性气溶胶的去除 挥发性碘的除去 放射性惰性气体的去除 压水堆中的空气净化系 统
反应堆排水的处理 放射性废水的处理
但在高浓度水溶液中, 选择性差别缩小, 高浓度的 低价离子往往具有较高的交换“势”, 这就是树中, 相同电荷的离子, 水合半径越小, 或离子的水合能越小, 就越容易被交换吸附. 原子 序数越大, 水合能越小, 越易吸附. 选择性吸附顺序:
Cs Rb K
溶胀性和含水率 树脂一经浸入水中, 水即扩散到树脂网状结构的空 隙中, 这时交换基团发生离解, 形成水合离子, 使树 脂交联网孔增大, 树脂体积也因此增大, 这种现象称 为树脂的溶胀.
溶胀率: 溶胀前、后树脂的体积比, 即树脂层体积 变化的百分比.
若将干燥树脂直接浸入水中, 溶胀过程的应力往往 会使树脂崩裂. 通常树脂总要保持一定水分, 一般是 50%左右. 包装破坏或贮藏条件改变都能使树脂含水率发生变 化, 因此含水率也是鉴定树脂性能的指标之一. 树脂溶胀性和含水率均与交联度有关, 交联度越大, 溶胀性越小, 含水率也越低. 树脂的溶胀性还与交换基团和交换离子的特性有关, 交换基团的电离度越大, 或交换离子的水合度以及 水合离子的半径越大, 树脂的溶胀率也越高.
2
Na Li
2
Ba
2
Sr
2
Ca
Mg
2
Be
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I
Br Cl F
但随着温度或浓度增高, 同价离子交换“势”的差 别逐渐缩小, 甚至出现反常. 因此, 分离溶液浓度不 宜太高, 但树脂再生溶液浓度却应稍高些.
离子交换树脂的交换容量与净化效率
第五章 放射性污染处理 原则与控制
哈尔滨工程大学核科学与技术学院
教学目标
说出核电站化学去污原理和方法 描述核电站放射性废水、废气的产生、处理和控制
教学内容
系统和设备的化学去污 原理及方法 放射性气溶胶的去除 挥发性碘的除去 放射性惰性气体的去除 压水堆中的空气净化系 统
反应堆排水的处理 放射性废水的处理
但在高浓度水溶液中, 选择性差别缩小, 高浓度的 低价离子往往具有较高的交换“势”, 这就是树中, 相同电荷的离子, 水合半径越小, 或离子的水合能越小, 就越容易被交换吸附. 原子 序数越大, 水合能越小, 越易吸附. 选择性吸附顺序:
Cs Rb K
溶胀性和含水率 树脂一经浸入水中, 水即扩散到树脂网状结构的空 隙中, 这时交换基团发生离解, 形成水合离子, 使树 脂交联网孔增大, 树脂体积也因此增大, 这种现象称 为树脂的溶胀.
溶胀率: 溶胀前、后树脂的体积比, 即树脂层体积 变化的百分比.
若将干燥树脂直接浸入水中, 溶胀过程的应力往往 会使树脂崩裂. 通常树脂总要保持一定水分, 一般是 50%左右. 包装破坏或贮藏条件改变都能使树脂含水率发生变 化, 因此含水率也是鉴定树脂性能的指标之一. 树脂溶胀性和含水率均与交联度有关, 交联度越大, 溶胀性越小, 含水率也越低. 树脂的溶胀性还与交换基团和交换离子的特性有关, 交换基团的电离度越大, 或交换离子的水合度以及 水合离子的半径越大, 树脂的溶胀率也越高.
《压水反应堆》PPT课件
为1区和2区。各区所装燃料的富集度及组件数如下：
1区：53个燃料组件，富集度为1.8％；
2区：52个燃料组件，富集度为2.4％；
3区：52个燃料组件，富集度为3.1％。
Harbin Engineering University
Harbin Engineering University
换料方式及特点
力 有较长的堆芯设计寿命，以适当减少换料次数 堆芯构造紧凑，换料操作简单方便
Harbin Engineering University
压水堆动力装置根本配置
上封头
典
型
压
堆芯吊篮
水
堆
本 上隔板 体 堆芯
构 围板
造 下隔板
堆芯支撑部件
下封头
控制棒驱动机构
Harbin Engineering University
压力容器
Harbin Engineering University
Harbin Engineering University
Harbin Engineering University
反响堆压力容器是放置堆芯和堆内构件，防止放射性外 泄的高压设备。它的完整性直接关系到反响堆的正常运 行和使用寿命，而且它在高温、高压、强辐照的条件下 长期工作，它的尺寸大，重量重，加工制造精度要求高。 因此是压水堆的关键设备之一。
率峰因子。
核反响堆的这种装卸料方式构成了它所特有的运行和控制的
复杂性，在一炉燃料的运行周期之初，核燃料所具有的产生裂变
反响的潜力(称为后备反响性)很大，而新堆初始装料的后备反响
性就更大，必须妥善地加以控制。
Harbin Engineering
反响性控制：控制棒+硼酸+可燃毒物 通过在作为慢化剂和冷却剂为水中加硼酸的方式可以
核反应堆压水堆控制绪论课件
06 相关案例分析
案例一：切尔诺贝利核事故分析
事故原因
反应堆设计缺陷、操作失误、安全系统失效等。
事故影响
辐射污染严重，导致数十万人受到不同程度的影 响，包括健康问题、生态灾难等。
事故教训
加强核安全监管，提高反应堆设计和操作水平， 重视应急预案的制定和实施。
案例二：福岛核事故分析
事故原因
地震和海啸导致核反应堆冷却系统失效，进而引发燃料棒熔毁和 放射性物质泄漏。
控制系统
由传感器、控制器、执行器、 被控对象及一些辅助设备组成 。
控制器
根据传感器检测到的参数变化 ，按照一定的控制策略进行计 算，输出控制信号。
被控对象
需要被控制的设备或过程，如 核反应堆、蒸汽发生器等。
控制棒控制系统
控制棒
由吸收中子的材料制成，通过 插入或抽出控制棒来控制反应
堆的功率。
控制棒驱动机构
事故影响
大量放射性物质泄漏，对环境和人类健康造成严重影响，长期影 响仍存在。
事故教训
加强核设施的地震和自然灾害风险评估，提高应急响应能力，加 强核安全文化培育。
案例三：美国尤卡山核废料处理项目介绍
项目背景
美国尤卡山核废料处理项目是全球最大的核废料处理项目之一，旨 在处理数以万吨计的高放射性核废料。
冷却剂流量控制器
根据冷却剂温度控制器的输出信号， 调节冷却剂的流量，以实现冷却剂温 度的精确控制。
加热器
用于加热冷却剂，以补偿反应堆运行 过程中产生的热量损失。
冷却剂泵
用于驱动冷却剂循环流动，将反应堆 产生的热量传递给蒸汽发生器等设备 。
03 核反应堆控制原 理
中子平衡控制
中子产生
01
核电站化学_压水反应堆水处理系统73页PPT
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。————周 恩来
核电站化学_压水反应堆水处理系统
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
压水堆核电厂：反应堆余热排出系统(RRA)12页
反应堆余热排出系统(RRA)反应堆余热排出系统又可称反应堆冷却系统，核安全的主要问题是要在任何情况下能够保证燃料的持续冷却，正常运行情况下燃料产生的能量由一回路通过蒸汽发生器向二回路传热来导出。
反应堆停闭以后，核功率虽然消失，但是由裂变碎片及它的衰变物的衰变产生的剩余功率却缓慢下降。
为了导出剩余功率，最初仍用二回路冷却，当二回路不能够再运行时，由反应堆余热排出系统保证反应堆的冷却。
一、系统功能1.主要功能（1）二回路停用时，由余热排出系统排出：a）堆芯的停堆余热；b）水和一回路设备的显热。
（2）当反应堆在冷停堆状态，进行装卸料和维修操作时，余热排出系统排出堆芯余热，维持一回路温度低于60℃。
（3）当反应堆启动时，余热排出系统保证一回路水的循环。
从图1可以看出，运行于满功率的反应堆停堆后，由裂变碎片及它的衰变物的衰变而产生的剩余功率缓慢下降。
运行人员可以调节反应堆的核功率，但却控制不了剩余功率的释放。
为了反应堆的安全，在任何时刻必须要将剩余功率导出。
2.安全功能（1）在蒸汽发生器传热管破裂事故下，冷却反应堆。
（2）在RCP小破口事故下，如果RCV系统能够维持稳压器水位的话，使用该系统排出余热。
（3）在冷停堆期间，通过RRA的卸压阀防止RCP系统超压然而该系统不是一个专设安全系统。
1011023. 辅助功能⑴反应堆换料池水的传输在换料以后，通过RRA 系统将反应堆换料池水重新打入反应堆换料水箱PTR001BA 。
⑵一回路容积控制当一回路压力低到正常下泄管路失效时，RRA-RCV 联管保证在下述工况时净化一回路冷却剂。
①一回路充水及静态排气 ②升压及动态排气 ③加热④为换料、或维修而停堆⑶当RCP 处于单相状态时，这条联管RRA-RCV 也可用来防止一回路升压， ⑷当主泵停运时，用RRA 泵使RCP 硼浓度均匀化。
时间（t ）功率（%图1 停堆后的剩余功率二、系统描述反应堆余热排出系统（RRA）的原理图如图2所示。
压水堆核电厂：反应堆硼和水补给系统(REA)
247.5 m 3 37 m 3 约 13.6m
两个机组 210 m
3
3
RIS
在 TEP 故障时 3 约≤0.23m 3 1700 m 3 约 30 m 3 4.5 m 3 4.5 m 约 1.5 m
3
27.2 m /h
3
RCV
2பைடு நூலகம்.2 m /h
3
三。系统的运行方式 a) 系统的备用状态和泵的启动
在反应堆启动之前，REA 系统已经处于备用状态。 1. 一台除盐水泵和一台硼酸泵选择在“AUTO” （自动）方式（接收到补给命令时 才运转） ，另一台除盐水泵和另一台硼酸泵都在“MANUAL” （手动）方式； 2. REA015VD、016VD、065VB、018VB 都处于“自动”方式，RCV154VP 处于 “手动”关闭位置； 3. 与正常补给相关的手动阀门都打开，通向 RCP 和 RRA 系统的管线也开通，而 补给旁路管线和 PTR 的连接管线被隔离，REA210VB 和 120VD 等也关闭。 选择在“自动”方式的除盐水泵在以下四个信号作用下自动启动： （1） 要求“稀释”的信号； （2） 由 RCV002BA 低水位触发的“自动补给”信号； （3） 要求“手动补给”的信号； （4） RCP 主泵轴封立管低水位信号。 选择在“自动”方式的棚酸泵在以下三个信号作用下自动启动： （1） 由 RCV002BA 低水位触发的“自动补给”信号；
来自 PTR 001BA 3 6 m /h
3 3
频率 — — 15 次/年 600 次/年 例外充水 3 次/年 — 例外 — 3 次/年 — 例外 每年 每年
要求
（每次运行）
反应堆冷却剂系统 RCP 稳压器卸压箱 反应堆冷却剂密封 REA PTR 硼酸储箱 化学混合罐 换料水箱 （PTR 001BA） 硼注入箱与再循环 回路 安注罐 容控箱和到 RCP 的 上充泵吸入口
压水反应堆工作原理图PPT课件
压水堆核电站工作原理
稳压器
蒸汽
汽轮机
发电机
压力容器
蒸发器
水 主泵 主管道水
一回路
二回路
基本参数： 一回路：压力154 bar, 高压水 二回路：压力~55bar, 出口饱和蒸汽
输配电
核电厂中的能量转换与转递
水的热能 核能
蒸汽的热能 叶轮的机械能
电能
核能如何转变成热能
燃料芯块到冷却水 的热量传递 冷却水的载热和热 量释放
反应堆
反应堆压力容器
堆芯(活性区)
• 功能
– 反应堆的心脏 – 产生自持链式核裂变反应 – 以热的形式释放裂变能
• 组成
– 核燃料组件：核燃料是由易裂变核素制成， 通常还含有可转变核素
– 慢化剂：使中子慢化，仅热中子堆有 – 控制材料：控制中子数
• 控制棒组件 • 可燃毒物 • 可溶毒物
– 冷却剂：吸收热量 并带出堆芯
❖ 冷却燃料棒和带 走能量的载体— 冷却剂；
❖ 使中子慢化的物
控制棒❖ 组体控件—制慢中化子剂数；量，
即控制功率的物 体—控制棒。
压水堆燃料组件
棒束长
: 约3~4m
燃料棒的排列：15×15或17×17
燃料棒的排列 15×15 或 17×17
燃料元件与燃料组件
燃料元件
燃料组件
控制棒组件及控制棒驱动机构
低压缸
高压缸
发电机
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
稳压器
蒸汽
汽轮机
发电机
压力容器
蒸发器
水 主泵 主管道水
一回路
二回路
基本参数： 一回路：压力154 bar, 高压水 二回路：压力~55bar, 出口饱和蒸汽
输配电
核电厂中的能量转换与转递
水的热能 核能
蒸汽的热能 叶轮的机械能
电能
核能如何转变成热能
燃料芯块到冷却水 的热量传递 冷却水的载热和热 量释放
反应堆
反应堆压力容器
堆芯(活性区)
• 功能
– 反应堆的心脏 – 产生自持链式核裂变反应 – 以热的形式释放裂变能
• 组成
– 核燃料组件：核燃料是由易裂变核素制成， 通常还含有可转变核素
– 慢化剂：使中子慢化，仅热中子堆有 – 控制材料：控制中子数
• 控制棒组件 • 可燃毒物 • 可溶毒物
– 冷却剂：吸收热量 并带出堆芯
❖ 冷却燃料棒和带 走能量的载体— 冷却剂；
❖ 使中子慢化的物
控制棒❖ 组体控件—制慢中化子剂数；量，
即控制功率的物 体—控制棒。
压水堆燃料组件
棒束长
: 约3~4m
燃料棒的排列：15×15或17×17
燃料棒的排列 15×15 或 17×17
燃料元件与燃料组件
燃料元件
燃料组件
控制棒组件及控制棒驱动机构
低压缸
高压缸
发电机
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
压水反应堆水处理系统
微量放射性核素的行为十分复杂, 同时冷却剂中 往往有常量元素B, Li等, 这将带来某些异常现象, 对此应引起注意.
此外, 被离子交换树脂截留的Sr同位素, 经衰变 后生成Y, Zr-Nb. 这些高价元素对树脂的亲和力比 Sr还高, 本应继续留在树脂上, 但常因它的转化为 非离子状态, 而穿透树脂床.
树脂的机械强度与交联度有关, 交联度越大, 机械 强度越好. 在实际操作条件下树脂会磨损破碎, 年损 耗率一般为3-7%.ห้องสมุดไป่ตู้为防止破碎树脂颗粒流出, 在净化 树脂床后, 设有高效率过滤器.
离子交换机理
若将含有M±离子的溶液在一定的温度下, 以一 定的速度通过结构为R-A±型树脂床, 并测量进、 出口溶液浓度的变化, M±离子能被相当彻底地去 除,以后树脂逐渐饱和, 交换能力下降, 直至完全失 效.这一离子交换过程表示为: R A M R M A
离子交换树脂的选择性
离子电荷 在低浓度水溶液中, 交换离子的电荷越大, 越易被 树脂吸附, 对阳离子有下列顺序:
Th4+＞A13+＞Ca2+＞Na+ 对阴离子则有：
PO43-＞SO42- ＞NO3-
但在高浓度水溶液中, 选择性差别缩小, 高浓度的 低价离子往往具有较高的交换“势”, 这就是树脂 的再生原理.
由于放射性衰变在树脂床流出液中会出现某些 离子态核素. 树脂对于惰性气体没有交换作用, 流 过树脂床的某些惰性气体可衰变成碱金属核素及 一系列衰变子体, 如Xe的穿透, 将造成流出液中的 Cs, Ba, Ce, La等核素的产生, 而这些核素照理是 可以被树脂去除的.
某些核素在离子状态下被树脂截留, 转化为其 它形态时又可能解吸下来, 如树脂上碘离子衰变成 氙,解吸后再衰变成碱金属. 所以, 放射性衰变效应 有时甚至会导致树脂床流出液中某些核素的放射 性高于进口料液.
水处理系统ppt课件
容积控制箱
功能：承担反应堆从冷态到热态零功率启动过程 中的最大温升速率和从热态零功率到冷停堆过程 中的最大降温速率所引起的水容积的变化.
变功率运行时, 承担负荷线性变化最大速率为 ±5%满功率/分的约40%的水容积变化.
当下泄流被雾化喷入容积控制箱上部空间时, 其余 部分裂变气体即会通过液滴表面扩散而出, 借此而 被除去. 短半衰期的裂变气体在容积控制箱滞留过 程中很快衰变了; 而对长期半衰期的核素(如85 Kr), 喷雾除气的效果被气体重新溶解抵消了许多, 因此, 喷雾除气对长半衰期裂变气体不明显.
除锂离子交换器
冷却剂循环净化系统还备有两种离子交换器, 一种 是H＋型阳离子树脂交换器, 另一种是OH-型阴离子 交换器. 其主要功能在于维持合适的冷却剂水质.
在冷却剂中, 10B(n,α)反应将生成7Li, 特别在堆芯 运行初期, 7Li的生成量相当大, 需要适时地使净化 流通过H+型阳树脂床, 以除去冷却剂中多余的7Li, 故常将其称为除锂离子交换器. 该离子交换器除了对锂有很好的吸附作用外, 还能 吸附Li型和硼酸型混合离子交换器所不易吸附的 Mo, Y, Cs等. 这些微量放射性元素的浓度远小于水 中锂浓度, 所以最终该床吸附的元素主要仍是锂.
由堆中排出的冷却剂有很强的放射性, 未经严格处 理是绝对不能向环境排放的. 经过处理的冷却剂, 完全可以满足堆补给水的要求. 将堆排水处理后重 新补回堆内, 既减少了对环境的污染, 又可使排出 的水复用, 节省水资源.
出于冷却剂硼浓度控制的要求, 必须使复用补水的 硼含量降低到允许程度. 因此, 堆排水系统除了处 理之外, 还有一个硼水分离任务, 即生产合格的堆 补给水和浓硼酸. 再生硼酸的浓度应符合堆浓硼酸 贮存要求, 有的取4%, 有的取12%, 主要考虑到 硼酸水溶液的结晶温度. 4％硼酸的结晶温度为 15℃,一般无需进行特殊加热保温, 但设备容量要 大些. 12%硼酸的结晶温度为50℃, 为避免硼酸 结晶, 需将所有的管道及设备的温度保持在50℃ 以上, 虽然比较麻烦, 但设备容积相对可以小些.
《压水反应堆》课件
3
主要工作过程
核反应-蒸汽产生-电力输出循环
压水反应堆的优缺点
优点
• 燃料使用率高 • 反应堆稳定，故障少 • 发电效率高，成本低
缺点
• 核废料难以处理 • 核能存在安全隐患 • 原材料的供应问题
压水反应堆的应用
在发电中的应用
压水反应堆广泛应用于核电站的发电过程中
在船舶中的应用
较小型的压水反应堆可作为核动力潜艇的动力源
未来发展方向
压水反应堆将逐渐趋向模块化、高效化等方向的 发展，持续成为能源领域的重要研究方向总结来自压水反应堆的优势和不足
我们了解到压水反应堆具有高效、稳定的特点，但 仍需要进一步解决核废料等问题
在能源领域的重要性和前景
压水反应堆在绿色能源研究中具有重要的地位，并 将在未来继续发挥重要作用
《压水反应堆》PPT课件
本课件将为您讲解压水反应堆，探讨它的构成，优缺点和应用以及安全问题。 欢迎学习！
什么是压水反应堆
定义
压水反应堆是一种利用核反应产生热能产生蒸汽发电所用的核反应堆
分类
目前，压水反应堆按照功率水平和使用的燃料可分为多种类型
压水反应堆的构成
核反应堆
包括燃料组件、调控元件、反应堆压力容器和堆内 循环系统
压水反应堆的安全问题
1 常见故障及处理方法
反应堆机组主要有管道泄漏、冷却液流量减 少等若干常见故障需要采取相应措施
2 安全措施
核反应堆的安全措施包括生产安全措施、安 全操作规程、应急救援联合方案等方面的措 施
压水反应堆的发展趋势
技术进步
随着技术的不断更新和发展，压水反应堆的技术 性能得到了大幅提升
主蒸汽发生器
将反应堆内产生的热量转化为蒸汽能量，用于发电
压水堆
堆芯支撑结构由上部支撑结构和下部支撑结构组成。吊篮以悬挂方式吊在压力容器l部的支撑凸缘上，吊篮与 压力容器之间形成一个环形腔，称为下降段。冷却剂从入口管嘴进入反应堆，沿下降段流到压力容器下腔室，然 后折返向上通过堆芯，在堆芯内吸收核裂变产生的热量，再经由上栅格板、上腔室，经出口管嘴流出。从反应堆 流i的冷却剂通过蒸汽发生器将热量传递给二回路侧的水。经冷却的水从蒸汽发生器出来后，经南主泵唧送回堆芯， 以此往复循环。
（3）能动的安全性：指必须依靠能动设备（有源设备），即需由外部条件加以保证的安全性。
（4）后备的安全性：指由冗余系统的可靠度或阻止放射性物质逸出的多道屏障提供的安全性保证。
国际核能界认为现有核电厂系统过千复杂，必须着力解决设计上的薄弱环节，提出应以固有安全概念贯穿于 反应堆和核电厂设计安全的新论点。 其定义为：当反应堆出现异常工况时，不依靠人为操作或外部设备的强制 性干预，只是由反应堆自然的安全性和非能动的安全性即可控制反应性或移出堆芯热量，使反应堆趋千正常运行 或安全停闭。
发展史
压水堆是世界上在运行的核电站中采用的主要堆型， 装机总容量约占所有核电站各类反应堆总和的60%以上。 最早用作核潜艇的军用反应堆。1957年，美国建成世界上第一座商用压水堆核电站。压水堆由压力容器、堆芯、 堆内构件及控制棒组件等构成。压力容器的寿命期为40年。堆芯装核燃料组件。秦山核电站就采用了国外现行压 水堆核电站较成熟的技术，并进行了相当规模的科研和试验工作。
基本结构
图1各种类型的动力反应堆中，压水堆由于具有结构紧凑、体积小、功率密度高、平均燃耗较深，放射性裂变 产物不易外逸，良好的功率自稳自调特性、比较安全可靠等优点，获得了广泛的应用。舰船压水堆与核电厂压水 堆本体结构基本类似，图1为典型核电厂压水堆堆芯的基本结构，其主要组成包括：
（3）能动的安全性：指必须依靠能动设备（有源设备），即需由外部条件加以保证的安全性。
（4）后备的安全性：指由冗余系统的可靠度或阻止放射性物质逸出的多道屏障提供的安全性保证。
国际核能界认为现有核电厂系统过千复杂，必须着力解决设计上的薄弱环节，提出应以固有安全概念贯穿于 反应堆和核电厂设计安全的新论点。 其定义为：当反应堆出现异常工况时，不依靠人为操作或外部设备的强制 性干预，只是由反应堆自然的安全性和非能动的安全性即可控制反应性或移出堆芯热量，使反应堆趋千正常运行 或安全停闭。
发展史
压水堆是世界上在运行的核电站中采用的主要堆型， 装机总容量约占所有核电站各类反应堆总和的60%以上。 最早用作核潜艇的军用反应堆。1957年，美国建成世界上第一座商用压水堆核电站。压水堆由压力容器、堆芯、 堆内构件及控制棒组件等构成。压力容器的寿命期为40年。堆芯装核燃料组件。秦山核电站就采用了国外现行压 水堆核电站较成熟的技术，并进行了相当规模的科研和试验工作。
基本结构
图1各种类型的动力反应堆中，压水堆由于具有结构紧凑、体积小、功率密度高、平均燃耗较深，放射性裂变 产物不易外逸，良好的功率自稳自调特性、比较安全可靠等优点，获得了广泛的应用。舰船压水堆与核电厂压水 堆本体结构基本类似，图1为典型核电厂压水堆堆芯的基本结构，其主要组成包括：
压水反应堆
堆芯支承结构由上部支承结构和下部支承结构(及吊篮) 组成。吊篮以悬挂方式支撑在压力容器上部支承凸缘上。 吊篮与压力容器之间形成环形腔称为下降段。
13:06
核科学与技术学院
10
冷却剂流向以及堆芯冷 却剂流量分配：
主要部分用于冷却 燃料元件，另一部分旁 流冷却控制棒和吊篮以 及冷却上腔室和上封头， 这非常重要，它用于冷 却控制棒导管区和上封 头，使该处水温接近冷 却剂入口温度，防止上 封头汽化。
13:06
核科学与技术学院
7
Harbin Engineering University
堆芯是反应堆的核心部分，是放置核燃料，实现持续的 受控链式反应，从而成为不断释放出大量能量，并将核 能转化为热能的场所。它相当于常规电厂中释放出大量 热量的锅炉。此外，堆芯又是强放射源，因此，堆芯结 构设计是反应堆本体结构设计中最重要的环节之一。
控制的复杂性，在一炉燃料的运行周期之初，核燃料所具
有的产生裂变反应的潜力(称为后备反应性)很大，而新堆
初始装料的后备反应性就更大，必须妥善地加以控制。
13:06
核科学与技术学院
14
反应性控制：控制棒+硼酸+可燃毒Ha物rbin Engineering University
通过在作为慢化剂和冷却剂为水中加硼酸的方式可以 控制部分后备反应性，在运行中还可以通过调节硼浓 度来补偿反应性的慢效应变化
压水堆压力容器布置非常紧凑，运行在很高的压力下，
容器内布置着堆芯和若干其他内部构件。压力容器带有
偶数个(4~8)出入口管嘴，整个容器重量由出口管嘴下
部钢衬与混凝土基座(兼作屏蔽层)支承，可移动的上封
头用螺栓与筒体固定，由两道“O”形密封圈密封，上封
压水堆化学07
蒸发工艺常见的问题：
腐蚀、盐析、结垢、堵塞、夹带和起泡。 与蒸汽中含有的某些成分有关，需要在蒸发前进
行预处理。这些问题也可以通过适当的蒸发器设 计、运行和结构材料得到解决或缓解。
对不同性质的液体已设计出许多不同的蒸发 器，以便得到所期望的蒸发效果，并使蒸发 工艺中固有的问题最少。 最常用于处理放射性废液的有自然循环蒸发 器和强制循环蒸发器。
高温过滤器早期应用的高温过滤设备是由抗腐蚀的
惰性陶瓷材料所构成，也曾采用多层不锈钢网过滤器 ，虽能有效地除<0.5微米的悬浮物质点，但试验结果 表明：在过滤器上面有一层淤渣，淤渣颗粒的平均直 径为0.3-0.5。
现正研究高温磁性过滤器。其特点是利用反应堆一、 二回路系统冷却剂中的腐蚀产物85%以上是磁性的 Fe3O4或含有Co,Ni,Cr的Fe3-xCOxO4固态悬浮物。
在压水堆中使用的离子交换树脂通常都是强 酸和强碱性树脂，原因如下：
水质要求高：强酸、强碱性树脂具有交换速度快
、交换能力强，对选择性低的离子如硅酸根、铯 离子等也有一定的效果； 对pH的变化不敏感：强酸强碱性树脂所荷官能团 在全pH范围内都发生离解，适应于冷却剂随硼酸 浓度大幅变化而引起的pH变化。 稳定性好：强酸、强碱性树脂耐热、耐辐射、分 解性好。
低温过滤器目前广泛应用于压水反应堆处理 系统的是低温（<60C）过滤器。一般由不 锈钢环，不锈钢网或高分子聚合物有孔纤微 板所组成，其主要功能是除去以悬浮物固体 和胶体形式存在于水中的腐蚀产物和粉碎的 离子交换树指微粒（化容系统净化柱后过滤 器）。
2.蒸发（属于传热过程的单元操作）
此法是基于溶剂和溶质在 溶液沸腾温度下，蒸汽分 压不同的原理，通过加热 使蒸发器里的水沸腾、汽 化，经冷凝转化为较为纯 净的水再复用。 适用于处理放射性强，杂 质含量高的废水。但成本 高，效率低。 工业蒸发在蒸发器中进行 ，蒸发器由加热器和蒸发 室两部分组成。
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离子交换过程可用下式表示：
R A M R M A
精品课件
在水质净化系统中，其交换原理 可用下式表示：
精品课件
⊙ 离子交换树脂的选择性
化学置换反应规律： （1）离子电荷 ①在低浓度水溶液中，交换离子的电荷越大，越易被树脂吸 附，对阳离子有下列顺序：
对阴离子则有：
②高浓度的低价离 子往往具有较高的交换“势”，这就是 树
脂的再生原理。
精品课件
（2）离子半径与水合作用 原子序数越大，水合能越小，因此有以下选择性 吸附顺序：
活度系数越高，交换“势”也越大。
精品课件
6.2.4 离子交换树脂的交换容量与净化 效率
⊙ 离子交换树脂的交换容量
离子交换树脂的交换容量系指单位体积或重量树脂能够交换的 离子数量。交换容量可用下面两种方法表示： （1）总交换容量 单位体积或重量的离子交换剂中交换基团的总数，毫克当量/ 毫升湿树脂。 （2）工作交换容量 穿透容量，动态条件下单位体积或重量树脂中能够参加交换反 应的基团数。工作交换容量与总交换容量之比称为离子交换树 脂的利用率。
• 在反应堆回路传热表面的沉积，使传热 效率降低
• 积累过多时，可能造成堆芯局部流道阻 塞或换热面过热，引起严重事故
• 在停堆检修时，沉积的活化腐蚀产物的 放射性，会给维修工作带来很多麻烦
–及时有效地除去冷却剂中腐蚀产物，避免 腐蚀产物在回路中的过量积聚
精品课件
机械过滤的应用 • 冷却剂净化 • 主泵轴封水过滤 • 离子交换器后过滤 • 燃料水池澄清过滤 • 试剂的过滤 • 补给水、二路蒸汽发生器排污水和汽轮机
⒈ 溶胀
树脂一经浸入水中，水即扩散到树脂网状结 构
的空隙中，离解，形成水合离子，树脂体积也因此
增大，这种现象称为树脂的溶胀。
⒉ 含水率50％
树脂总要保持一定水分，一般在50%左右
⒊ 交联度的关系
树脂溶胀性和含水率均与交联度有关，交联度
越
精品课件
⒋ 树脂的溶胀性还与交换基团和交换离子的 特性有关 。交换离子的水合度以及水合离子 的半径越大，树脂的溶胀率也越高。 ①强酸性阳离子交换树脂溶胀率的大小顺序为：
–对固体悬浮颗粒去除率约50%，对钴的去 除率达90%
–冷却剂悬浮颗物浓度减少50% –SG室内的辐照剂量下降50% –在去污过程中可迅速消除腐蚀产物颗粒，
强化去污过程
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• SG排污水和汽轮机凝结水的过滤 –排污水过滤时，降低水温和提高pH可进 一步提高过滤效率
–一旦发生SG传热管破损，可通过加大过 滤流量来降低排污水放射性强度
凝结水系统，以及废水处理各系统的过滤 设施
精品课件
磁过滤器 • 原理
–利用磁吸引作用将水中铁磁性杂质分离 和去除
–过滤对象必须是具有铁磁性的物质 • 构造
–非磁性金属外壳体 –外加磁场 –内部充填强导磁性填料
精品课件
磁过滤器在PWR的应用 • 已用于PWR一回路冷却剂、SG排污水、汽轮
机凝结水的过滤 • 一回路冷却剂的过滤
–凝结水的过滤可大大降低进入SG补水中 的腐蚀产物
–杂质负荷量高，压降变化明显反映过滤 器中的杂质沉积程度，可决定过滤器的 再生时机
–再生方便，去磁反洗即可，速度快，无 需备用
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6.2 离子交换树脂基础知识
5.2.1 离子交换树脂的结构及基团的引入 5.2.1.1 离子交换树脂的结构 离子交换树脂是一种带有与水溶液中离子进行交换 的活性基团的高分子有机化合物。 1.结构（本体）：苯乙烯与二乙烯苯聚合而成的高 分子化合物 。
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⊙ 离子交换的净化效率和去污因子
①净化效率η定义为：流经树脂床后溶液中核素被 去除的份额。常用百分数表示：
C1 C2 100%
C1
②去污因子DF定义为树脂床进出料液中特定核素 的浓度或放射性强度之比：
DF C1 C2
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6.3 核级离子交换树脂性能
（1）出水水质纯度高 （2）树脂对pH值变化不敏感 （3）稳定性好，耐热性能、耐辐照性能都较 强。机械强度高，树脂的磨损率低。 （4）核级树脂杂质含量低，颗度均匀，转型 率高。
第六章 压水反应堆水处理系统
水处理的目的： ①改善水质,使其达到技术指标限值内 ②各系统的水最大限度的重复使用,以减 小废水量，有利于生态环境保护。
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冷却剂水处理
水进行处理的必要性：
–水在压水堆一回路是作为冷却剂和慢化剂，在二回路 是作为载热剂
–传热的同时，把堆芯形成的放射性,裂变产物，活化的 腐蚀产物载带到了回路各个部位，形成了堆芯外的辐 射场
H+ ＞ Li+ ＞ Na+ ＞NH＋4＞ K+
②而强碱性阴离子交换树脂在进行离子交换时 的溶胀率顺序为：
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⊙Hale Waihona Puke 热稳定性和机械强度温度过高易使交换基团分解，当水温达到零度时， 其内部水分的冻结能将树脂胀裂。树脂的机械强度 与交联度有关，交联度越大，机械强度越好。
5.2.3 离子交换机理 ⊙ 离子交换原理
–水在慢化中子的同时，又经受辐照分解生成H2和O2 –一、二回路水中的杂质又引起结构材料和燃料包壳的
腐蚀
• 目的 –使水质在指标限值以内，保证各系统设备和结构的完 整性，使冷却剂最大限度的重复使用，保持冷却剂质 量在规定的指标限値之内
• 处理技术 –机械过滤
–离子交换
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机械过滤
• 目的 –腐蚀产物的危害
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6.2.2 离子交换树脂的主要物理性能
6.2.2.1 外形和颗度
①离子交换树脂一种半透明的球状物质，颜色有 白、黄、黑和赤褐数种。 ②树脂颗粒大小对树脂的交换能力、净化效 率、水流通过树脂层的压力降以及水流分布 的均匀程度都有一定影响。相应的颗粒直径 为0.3—1.2毫米。
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⊙ 溶胀性和含水率
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6.5 水处理系统
6.5.1 冷却剂循环净化系统
⊙ 系统功能 –设立冷却剂循环净化系统的主要目的，在于不断地除去冷 却剂中的腐蚀产物和裂变产物，维持合适的冷却剂水质。 –保持反应堆冷却剂内合适的pH值，减少冷却剂对设备和管 系的腐蚀。 –调节反应堆冷却剂中硼浓度，满足控制堆芯反应性的需要。
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2.交联度 聚合物中二乙烯苯的百分含量称为交联 度。 3.引入各种交换基团 向聚合体骨架上引进各种活性基团,根据 交换基团的酸碱性强弱分为:强酸（碱） 性树脂或弱酸（碱）性树脂。
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6.2.1.2 离子交换基团的引入
（1）强酸性阳离子交换树脂
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（2）强碱性阴离子交换树脂
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R A M R M A
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在水质净化系统中，其交换原理 可用下式表示：
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⊙ 离子交换树脂的选择性
化学置换反应规律： （1）离子电荷 ①在低浓度水溶液中，交换离子的电荷越大，越易被树脂吸 附，对阳离子有下列顺序：
对阴离子则有：
②高浓度的低价离 子往往具有较高的交换“势”，这就是 树
脂的再生原理。
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（2）离子半径与水合作用 原子序数越大，水合能越小，因此有以下选择性 吸附顺序：
活度系数越高，交换“势”也越大。
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6.2.4 离子交换树脂的交换容量与净化 效率
⊙ 离子交换树脂的交换容量
离子交换树脂的交换容量系指单位体积或重量树脂能够交换的 离子数量。交换容量可用下面两种方法表示： （1）总交换容量 单位体积或重量的离子交换剂中交换基团的总数，毫克当量/ 毫升湿树脂。 （2）工作交换容量 穿透容量，动态条件下单位体积或重量树脂中能够参加交换反 应的基团数。工作交换容量与总交换容量之比称为离子交换树 脂的利用率。
• 在反应堆回路传热表面的沉积，使传热 效率降低
• 积累过多时，可能造成堆芯局部流道阻 塞或换热面过热，引起严重事故
• 在停堆检修时，沉积的活化腐蚀产物的 放射性，会给维修工作带来很多麻烦
–及时有效地除去冷却剂中腐蚀产物，避免 腐蚀产物在回路中的过量积聚
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机械过滤的应用 • 冷却剂净化 • 主泵轴封水过滤 • 离子交换器后过滤 • 燃料水池澄清过滤 • 试剂的过滤 • 补给水、二路蒸汽发生器排污水和汽轮机
⒈ 溶胀
树脂一经浸入水中，水即扩散到树脂网状结 构
的空隙中，离解，形成水合离子，树脂体积也因此
增大，这种现象称为树脂的溶胀。
⒉ 含水率50％
树脂总要保持一定水分，一般在50%左右
⒊ 交联度的关系
树脂溶胀性和含水率均与交联度有关，交联度
越
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⒋ 树脂的溶胀性还与交换基团和交换离子的 特性有关 。交换离子的水合度以及水合离子 的半径越大，树脂的溶胀率也越高。 ①强酸性阳离子交换树脂溶胀率的大小顺序为：
–对固体悬浮颗粒去除率约50%，对钴的去 除率达90%
–冷却剂悬浮颗物浓度减少50% –SG室内的辐照剂量下降50% –在去污过程中可迅速消除腐蚀产物颗粒，
强化去污过程
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• SG排污水和汽轮机凝结水的过滤 –排污水过滤时，降低水温和提高pH可进 一步提高过滤效率
–一旦发生SG传热管破损，可通过加大过 滤流量来降低排污水放射性强度
凝结水系统，以及废水处理各系统的过滤 设施
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磁过滤器 • 原理
–利用磁吸引作用将水中铁磁性杂质分离 和去除
–过滤对象必须是具有铁磁性的物质 • 构造
–非磁性金属外壳体 –外加磁场 –内部充填强导磁性填料
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磁过滤器在PWR的应用 • 已用于PWR一回路冷却剂、SG排污水、汽轮
机凝结水的过滤 • 一回路冷却剂的过滤
–凝结水的过滤可大大降低进入SG补水中 的腐蚀产物
–杂质负荷量高，压降变化明显反映过滤 器中的杂质沉积程度，可决定过滤器的 再生时机
–再生方便，去磁反洗即可，速度快，无 需备用
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6.2 离子交换树脂基础知识
5.2.1 离子交换树脂的结构及基团的引入 5.2.1.1 离子交换树脂的结构 离子交换树脂是一种带有与水溶液中离子进行交换 的活性基团的高分子有机化合物。 1.结构（本体）：苯乙烯与二乙烯苯聚合而成的高 分子化合物 。
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⊙ 离子交换的净化效率和去污因子
①净化效率η定义为：流经树脂床后溶液中核素被 去除的份额。常用百分数表示：
C1 C2 100%
C1
②去污因子DF定义为树脂床进出料液中特定核素 的浓度或放射性强度之比：
DF C1 C2
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6.3 核级离子交换树脂性能
（1）出水水质纯度高 （2）树脂对pH值变化不敏感 （3）稳定性好，耐热性能、耐辐照性能都较 强。机械强度高，树脂的磨损率低。 （4）核级树脂杂质含量低，颗度均匀，转型 率高。
第六章 压水反应堆水处理系统
水处理的目的： ①改善水质,使其达到技术指标限值内 ②各系统的水最大限度的重复使用,以减 小废水量，有利于生态环境保护。
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冷却剂水处理
水进行处理的必要性：
–水在压水堆一回路是作为冷却剂和慢化剂，在二回路 是作为载热剂
–传热的同时，把堆芯形成的放射性,裂变产物，活化的 腐蚀产物载带到了回路各个部位，形成了堆芯外的辐 射场
H+ ＞ Li+ ＞ Na+ ＞NH＋4＞ K+
②而强碱性阴离子交换树脂在进行离子交换时 的溶胀率顺序为：
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⊙Hale Waihona Puke 热稳定性和机械强度温度过高易使交换基团分解，当水温达到零度时， 其内部水分的冻结能将树脂胀裂。树脂的机械强度 与交联度有关，交联度越大，机械强度越好。
5.2.3 离子交换机理 ⊙ 离子交换原理
–水在慢化中子的同时，又经受辐照分解生成H2和O2 –一、二回路水中的杂质又引起结构材料和燃料包壳的
腐蚀
• 目的 –使水质在指标限值以内，保证各系统设备和结构的完 整性，使冷却剂最大限度的重复使用，保持冷却剂质 量在规定的指标限値之内
• 处理技术 –机械过滤
–离子交换
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机械过滤
• 目的 –腐蚀产物的危害
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6.2.2 离子交换树脂的主要物理性能
6.2.2.1 外形和颗度
①离子交换树脂一种半透明的球状物质，颜色有 白、黄、黑和赤褐数种。 ②树脂颗粒大小对树脂的交换能力、净化效 率、水流通过树脂层的压力降以及水流分布 的均匀程度都有一定影响。相应的颗粒直径 为0.3—1.2毫米。
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⊙ 溶胀性和含水率
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6.5 水处理系统
6.5.1 冷却剂循环净化系统
⊙ 系统功能 –设立冷却剂循环净化系统的主要目的，在于不断地除去冷 却剂中的腐蚀产物和裂变产物，维持合适的冷却剂水质。 –保持反应堆冷却剂内合适的pH值，减少冷却剂对设备和管 系的腐蚀。 –调节反应堆冷却剂中硼浓度，满足控制堆芯反应性的需要。
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2.交联度 聚合物中二乙烯苯的百分含量称为交联 度。 3.引入各种交换基团 向聚合体骨架上引进各种活性基团,根据 交换基团的酸碱性强弱分为:强酸（碱） 性树脂或弱酸（碱）性树脂。
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6.2.1.2 离子交换基团的引入
（1）强酸性阳离子交换树脂
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（2）强碱性阴离子交换树脂
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