核电站水化学工况考试题目

一、十个概念：
1. 核电站一回路系统：反应堆冷却剂系统又称为一回路系统，它是核电站的最重要的系统，
也是核电站区别于其他类型电站的本质特征。

反应堆冷却系统使反应堆冷却剂在规定压
力、温度的条件下正常进行循环、并载出堆芯热量的系统。

2. 核电站二回路系统：核电站的二回路系统即以汽轮机发电机组设备为主的系统，在该系
统中主要实现蒸汽获得、冲转汽轮机、带动发电以及对乏汽进行冷却等功能。

由汽轮机，
发电机，凝汽器，凝结水泵，给水加热器，除氧器，给水泵，蒸汽发生器，汽水分离再
热器等设备组成。

3. 快中子增殖堆：由快中子引起裂变链式反应的反应堆。

其在运行时，能在消耗易裂变核
素的同时生产易裂变核素，且能使所产多于所耗，实现易裂变核素的增殖。

4. 反应堆：核反应堆，又称为原子反应堆或反应堆，是装配了核燃料以实现大规模可控制
裂变链式反应的装置。

5. 蒸汽发生器：是核电站一回路和二回路的枢纽，它将反应堆内产生的热量传给蒸汽发生器的二回路水侧，产生蒸汽推动汽轮机做功。

【采用间接循环的反应堆动力装置中把反
应堆冷却剂从堆芯获得的热能传给二回路工质使其变为蒸汽的热交换设备。

有产生过热
蒸汽的直流式蒸汽发生器和带汽水分离器、干燥器的饱和蒸汽发生器两类。

】
6. 反应性：反应堆的中子有效增殖因数keff 与1之差相对keff 之比。

用此无量纲数(符号“ρ”)
来衡量增殖介质系统偏离临界状态的程度。

单位可用百分数、pcm(1015)；也可用缓发
中子总份额；作单位，称“元($)”。

eff eff eff eff K K K K ∆=-=1ρ
7. 剂量当量：就是用来度量不同类型的辐射所引起的不同生物效应，其单位为雷姆（rem ）
或希沃特（Sv ）。

8. EPRI ：（Electric Power Research Institute, EPRI ）成立于1973年，是一个非赢利的能
源和电力科研机构、协调组织，经费由美国主要的公用电力公司资助。

其主要任务是组
织、协调并统一规划发电、输电、配电、用电等方面的科研活动，以及核能发电、新技
术开发利用、环境保护等方面的研究，科技信息的交流等。

BWR ：（boiling water reactor ），中文名：沸水堆。

沸水堆核电站沸水堆又叫轻水堆，沸
水堆核电站工作流程是：冷却剂（水）从堆芯下部流进，在沿堆芯上升的过程中，从燃料棒
那里得到了热量，使冷却剂变成了蒸汽和水的混合物，经过汽水分离器和蒸汽干燥器，将分
离出的蒸汽来推动汽轮发电机组发电。

PWR ：Pressurized Water Reactor 压水反应堆。

SG ：Steam Generator 蒸汽发生器。

9. 慢化剂：热中子堆内用于降低快中子能量的材料。

对其主要要求是：慢化能力强，中子
吸收弱，与冷却剂和燃料棒包壳以及其他结构材料的相容性好，热和辐照稳定性好等。

10. 辐照分解：又称辐射化学变化。

由体系吸收电离辐射能产生的激发分子、离子、电子和
自由基引起。

例如液态水吸收电离辐射能产生的阳离子、激发分子和电子，它们分布在
入射粒子径迹周围的刺迹中，迅速经由激发分子解离、离子分子反应和电子溶剂化过程
转变为氢原子、羟基自由基和水化电子，它们在刺迹中的浓度很高(约1mol/L 数量级)，
一部分自由基发生相互反应生成稳定的分子产物，如氢和过氧化氢或重新生成水分子。

未反应的自由基则随刺迹膨胀而扩散，直至均匀分布在水介质中。

当无溶质存在时，扩
散出来的自由基产物通过自由基-自由基反应、自由基-分子产物间反应消失。

体系重新
建立热力学平衡。

辐射化学变化程度与辐射类型和能量，剂量率，体系中的杂质，清除
剂，辐照环境(温度、辐照氛围)以及受照物质的性质及状态等有关。

二、问答题
1.沸水堆核电厂其特点是什么，其介质运行方式和参数是？
沸水堆允许反应堆中的冷却剂沸腾，反应堆中产生的蒸汽直接进入汽轮机做工，堆芯冷却剂直接循环，因而沸水堆比压水堆省一个中间换热环节，省去了蒸汽发生器、稳压器等设备及相应管道。

与压水反应堆相比，沸水反应堆的构造更为简单，且大大降低了反应堆的工作压力低和堆芯温度，因此显著提高了反应堆的安全性，降低了造价。

但由于沸水堆的循环系统直接连接了堆芯和汽轮机，因此可能造成汽轮机受到放射性污染，给设计和维修带来麻烦。

介质运行方式：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，并将产生的蒸汽直接给汽轮机发电。

参数：核燃料：低浓度铀，2%富集度；慢化剂：轻水；冷却剂：轻水；回路：一个回路；堆芯：直流蒸发器；压力：一回路5~7MPa。

2.核电厂在其汽轮机方面与火电厂有什么不同？
核电汽轮机的级数少而不设中压缸，低压缸功率占全功率的比例大，约为50%~60%，因此低压缸的经济性对整个汽轮机有重要影响，当功率增大到500-800MW时高压缸要做成双流的，汽轮机的排气损失，分离再热器和进排气管道的压力损失对对汽轮机的经济性影响增大；汽轮机出口蒸汽容积流量过大，使得末级叶片增高，从而加大汽轮机径向尺寸，并采用多排气口结构，使得汽轮机尺寸增大，重量增加；核电汽轮机是工作在湿蒸汽环境下的，湿度对汽轮机各级都有影响，大小水滴对汽轮机级的影响主要表现在对流通部分元件的冲蚀破坏作用，因此在汽缸内壁要采取去湿措施，主要有增大轴向间隙，外置式分离器等；核电汽轮机多为定压运行，因此在蒸汽初、终参数不变的情况下，降低汽轮机的转速，可以显著的提高汽轮机组的极限功率，采用半速机组的优点是：半速机组的叶片的较长，叶片端涡流损失影响较小，因此效率比全速机组高5%，目前对750~1000MW的饱和汽轮机组采用3000r/min，而对大于1000MW的核汽轮机多采用1500r/min。

3.压水堆核电厂的堆芯构成和特点，反应堆压力容器特点：
答：（1）堆芯主要由燃料组件和堆芯功能组件构成。

燃料组件由燃料元件、定位格架和组件骨架等组件构成。

燃料元件呈17×17正方形排列。

每个组件有289个位置，其中264个位置由燃料元件占据。

堆芯功能组件包括控制棒组件，可燃毒物组件，阻力塞组件，初级中子源棒组件和次级中子棒组件等。

a、控制棒组件分为两类，一类由24根带吸收剂的棒束组成，所用吸收材料为银铟镉合金，这类合金称为黑棒束组件；另一类是灰棒束组件，有8根棒的吸收剂为银铟镉合金，其余16根为不锈钢做吸收材料的灰棒。

b、可燃毒物组件由装在不锈钢包壳管中的含硼玻璃管组成，成分是B2O3+SiO2用于抵消堆芯第一次装料大部分过剩的后备反应性。

c、阻力塞组件是下端呈子弹头形的短不锈钢棒，用于封闭不带有控制棒组件，可燃毒物组件或中子源棒组件中的控制导向管，以便减少冷却剂的旁路。

d、初级中子源棒组件为监督初始堆芯装料和反应堆启动提供所需的中子源，次级中子源棒组件用于反应堆满运行两个月后的反应堆停堆后再启动，它由叠放在一根不锈钢管中锑-铍芯块组成，锑在堆内吸收中子活化
后放出的γ射线。

反应堆压力容器位于反应堆厂房中心，设计时主要考虑一回路冷却剂的高压和高温，主管道断裂事故和地震等作用。

由于压力容器所容纳的反应堆本体放射性极强，故在材质要求、制作、检验及在役检查等方面都比常规压力容器要严格得多。

反应堆压力容器支撑、包容堆芯和堆内构件，工作在高压、高温含硼水介质和放射性辐照条件下，寿命不少于40年。

反应堆本体材料为低碳钢。

4、压水堆核电厂的反应性控制的目的和方式：
答：反应性是反应堆中没有任何控制毒物下，反应堆超临界的正反应性系数，用以调节功率，补偿负的反应性系数，运行燃耗及裂变产物积累。

其大小与反应堆的类型、运行工况和换料周期有关。

目的：控制反应性就是设法“吃掉”反应堆过大的反应性，使其在提升功率时较缓慢，以核安全可以接受的速度将功率提升到所要求的水平；也可以按照所要求的速度降低功率水平；还要求能控制堆功率在某所要求的功率水平长期稳定运行，即长期维持增值系数等于1.
反应控制的方法：大多是靠改变堆芯吸收物质数量来实现反应堆控制的。

主要靠改变冷却剂及慢化剂中的中子强吸体—硼的浓度以及改变控制棒在堆内的位置来改变堆芯吸收体数量。

5、稳压器的功能及分类：
答：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溶剂沸腾。

此外，作为一回路系统的缓冲容器，吸收一回路系统水容积的迅速变化。

稳压器在电厂稳态运行时，将一回路压力维持在恒定压力以下；在一回路系统瞬态时，将压力变化限制在允许值内；在事故时，防止一回路系统超压，维护一回路的完整性。

分类：按原理和结构形式的不同，稳压器分为两类，即气罐式稳压器和电加热式稳压器。

6.核电厂水工况的总要求：
核电站水化学工况的选择及实施，对核电站的安全可靠运行有重大影响。

在选择和实施水化学工况时，既要考虑到核电站整体，也要考虑到反应堆类型、结构特点、参数以及核电站放射性对环境产生的影响。

①尽可能减少沉淀物在回路中的积累；②保持冷却剂和蒸汽发生器工作介质的物理-化学特性；③将放射性水平控制在允许标准范围内。

7、核电站一回路水工况的作用：
答：（1）控制冷却剂中放射性核素的积累；
（2）减少在燃料元件包壳表面形成疏松的且易被冲刷的沉淀物；
（3）能有效地除去冷却剂中各种杂质；
（4）能维持冷却剂中所必须的反应性调节剂和pH值调节剂的浓度；
（5）抑制冷却剂的辐照分解，降低辐照分解气相产物O2的浓度。

8.核电站一回路的水化学有哪四种？作用分别是什么？
答：（1）Zn工况：可延缓合金的应力腐蚀破裂和受辐射的影响（2）氢工况：有效抑制冷却剂的辐照分解，抑制氯或氯化性基因，抑制氯腐蚀（3）硼酸工况：维持冷却剂中的反应性调节剂（4）氢氧化锂工况：调节冷却剂的PH调节剂。

9.化容系统组成包括那几个部分？各部分特点？化容系统的功能是什么？
答：化容系统的组成包括：下泄管线，净化段，上充管线及轴封水回路。

化容系统的各部分特点：
a下泄流管线:正常流量：13.6m3/h,金国光下泄隔离阀进入再生热交换器的壳内，冷却至140℃，在经过节流板，将压力降至约2.4MPa，进入下泄热交换器的管侧，由壳侧的设备冷却将下泄流温度降到46℃左右，最后经过温控三通阀进入净化段。

b净化段:净化段的离子交换树脂的正常工作温度范围46~62.5℃。

为使离子交换树脂免受高温，在净化段入口设置了温控三通阀。

c上充管线:设有流量调节阀，按稳压器水位控制系统的要求改变上充流量。

上充流经过再生热交换器的吸收下泄流的热量，在汇入一回路前被加热到冷却剂冷段的主流温度。

d轴封水回路：上充泵流量的一部分，进入主泵的轴封水回路。

密封水进过流量控制阀和过滤器后进入主泵轴封水回路。

化容系统的主要功能：
（1）通过改变反应堆冷却剂的硼质量浓度，对堆芯进行反应性控制。

（2）维持稳压器的水位，控制一回路系统的水容量。

（3）对反应堆冷却剂的水质进行化学控制和净化，减少反应堆冷却剂对设备的腐蚀，控制反应堆冷却剂中裂变产物和腐蚀产物的含量，降低反应堆冷却剂的放射性水平。

（4）向反应堆冷却剂泵提供轴封水。

（5）为反应堆冷却剂系对统提供充水和水压试验手段。

（6）对于上充泵兼作高压安注泵的化容系统，事故时用上冲泵向堆芯注入应急冷却水。

10、硼与水的补给系统概况及向化容系统的补给方式：
答:概况:反应堆硼与水的补给系统是化容控制系统的一个支持系统，它辅助化容系统完成主要的功能，此外，该系统还有若干附加功能。

1）系统功能：①为改变反应堆冷却剂硼质量分数，向化容系统提供硼酸和除气盐水，辅助化容系统实现容积控制。

②为进行水质的的化学控制提供化学药品添加设备。

③为换料水储
存箱、安注系统的硼注入罐提供硼酸水和补水，为稳压器卸压箱提供喷淋冷却水，为主泵轴封蓄水管供水。

2）系统要求：反应堆硼与水的补给系统是一个两台机组共用的系统。

对于硼酸补给，三个储存量各为81m³的硼酸箱，每个机组一个，第三个共用。

对于补给水的供应，要求两个容器各为300m³的除气除盐水箱为两台机组共用。

两个硼水箱所容4%硼酸的量，足以保证同时一个机组在寿期初冷停而为另一个机组在寿期末的换料冷停所需的硼酸溶液里，这部分是与安全相关的，在某些事故下需要向反应堆紧急注硼。

3）系统组成;主要由水补给子系统、硼酸补给子系统、化学添加子系统组成。

补给方式：硼与水的补给系统向化容系统的补给方式有5种，分别是自动补给，稀释，快稀释，硼化及手动补给。

a.自动补给：自动补给方式补给与一回路冷却剂硼质量分数相同的含硼水，它主要用于容积控制，不改变一回路的硼的质量分数。

b.稀释于快稀释：将硼酸补给给管线隔离，向一回路加入除气除盐水，就是稀释。

对于快稀释方式，两者区别在于补给纯水直接注入到容积控制箱下游的上充泵供水管，因而见效较快。

c.硼化：将除盐除气水隔离，将硼质量分数为7000mg/L的硼酸注入到上充泵入口侧，以提高冷却剂硼的质量分数，这就是硼化。

根据加硼后的预期硼浓度和原有硼浓度可以换算确定加硼酸量，根据加硼速率要求可以确定注入硼酸的流量。

补给由一台硼酸泵完成，当补给容积达到设定容积时硼化终止。

d.手动补给;手动补给方式仅限于在一些特定情况下使用，如换料水箱的补给、为提供高容积控制箱的水位以进行排气等操作等。

当使用手动补给时，补给管线上的阀门要用手动打开完成。