第二章 压水堆核电厂一回路主系统和设备

61
可燃毒物组件 66
0
初级中子源组件 2
0
次级中子源组件 2
2
阻力塞组件
38
94
合计
157
157
阻力塞组件
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2.2.1.4 堆芯功能组件—— 中子核电源厂组系统件与设备
（1）中子源组件的棒束由源棒、可燃毒物棒和阻力塞棒组成，源棒包壳 材料为不锈钢；
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15 第二章 压水堆核电厂一回路主系统和设备
2.2.2 下部堆内构件
核电厂系统与设备
下部堆内构件组成： 堆芯吊篮和堆芯支撑板； 堆芯下栅格板； 流量分配孔板； 堆芯围板； 热屏； 二次支撑组件等
功能： 承担重量； 确定燃料棒位置； 承受控制棒落棒重力； 降低压力容器所受剂量； 确定冷却剂流向； 吊篮断裂时，起缓冲作用。
（2）中子源棒有初级源和次级源两种； （3）带有初级源棒的中子源组件只用于堆芯初级装料与首次启动，初级 源一般用钋-铍源（Po-Be），近年来也有采用锎（252Cf）源的，锎的半衰 期较长，达2.638a，（1个初级源+1个次级源+16可燃毒物棒+6阻力塞棒）；
（4）次级源采用锑-铍（Sb-Be）光中子源，次级源寿命约为5满功率年。 （4个次级源+20阻力塞棒）
芯围板而旁流，约0.25%通过导向管支承板上的顶盖清洗水 孔进入，清扫压力容器顶盖。
（2）逆流问题 一台主泵停机时； 冷管段破裂时。 （3）压力容器泄漏的探测问题 压力容器依靠两个“O”型金属密封环来保证密封，在压 力容器的两道密封环之间及外环的外侧装有两个泄漏回收连
接管，以收集和探测泄漏。 压力容器泄漏的探测。主要用温度测量，连接管中温度 的显著升高对应于密封泄漏。
传递线圈断电
提升线圈断电
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4
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2.2.5 控制棒驱动机构 —动作核原电理厂系统与设备
2、控制棒下降动作（原始位置同前） 夹持线圈通电：夹持销爪转入环形杆沟槽面贴合，再把驱动轴 组件提升1mm，载荷由传递沟爪转移到夹持销爪上； 传递线圈断电：传递销爪转出环形杆沟槽； 提升线圈通电：传递销爪上升15.9mm，到环形杆上邻近一个沟 槽的位置； 传递线圈通电：传递销爪转入环形沟槽中，上下两齿间各有 1mm轴向间隙； 夹持线圈断电：夹持销爪脱开，载荷由夹持销爪转移到传递销 爪上（此时驱动轴组件下降1mm落在传递销爪上）。
压力容器进口接管→沿压力 容器和堆芯吊篮间环腔向下→压 力容器下封头处的下腔室→堆芯 支承板，流量分配孔板和堆芯下 栅格板→堆芯上栅格板→压力容 器出口接管。
此方面应该注意三个问题：
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2.2.6 运行中的问题—冷却剂的核电循厂环系统与设备
（1）冷却剂旁流问题 不是所有的冷却剂都流经堆芯；其中约1.25%，从压力容 器堆芯和吊篮的环形空间直接流出出口接管，约0.5%通过堆
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2.2.1 压水反应堆 堆芯——概述核电厂系统与设备
功能
– 反应堆的心脏
堆芯(活性区)
– 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
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2.2.6 运行中的问题—压力容器核电的厂运系统行与设限备制
3、压力容器的运行限制
（1）温度对金属性能的影响 研究表明，对于同一种钢材，不同工作温度下其韧性有很大
的差别。含碳量0.11%的钢材在低温和高温时的冲击韧性相差几 十倍。对每一种钢材而言，存在这样一个温度：在这个温度下， 材料可能发生脆性断裂，这个温度叫做脆性转变温度，简称NDTT。
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2.2.5 控制棒驱动机构 —动作核原电理厂系统与设备
3、保持控制棒在某个位置上 仅传递线圈通电，传递销爪承载
4、控制棒快速插入堆芯 三个工作线圈都断电，控制棒靠重力
快速插入堆芯，行程末端在堆内得到缓冲。
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2.2.6 运行中的问题 —包壳结核构电材厂系料统的与设选备择
选择包壳材料，必须综合考虑下列因素： 具有良好的核性能：即中子吸收截面要小，感生放射性 要弱； 具有良好的导热性能； 与核燃料的相容性要好； 具有良好的机械性能； 具有良好的抗腐蚀能力； 具有良好的辐照稳定性； 易于加工成行，成本低。 Zr-2和Zr-4合金是普遍应用的包壳材料。
411
632
2.2.4 压力容器 （RPV）-材料核要电厂求系统与设备
尽可能降低有害杂质元素Cu，S、P、 As、Sn、Sb、Co、V、B、H、O、N、Ni 的含量，提高材料的纯洁度和完成性； 采用整体锻件。
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2.2.5 控制棒驱动机构—概述 核电厂系统与设备
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2.2.5 控制棒驱动机构—销爪组核电件厂系统与设备
2.2.5 控制棒驱动机构 —动作核原电理厂系统与设备
1、控制棒上升动作
夹持线圈通电
传递线圈通电
夹持线圈断电
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提升线圈通电
夹持线圈通电
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பைடு நூலகம்
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2.2.6 运行中的问题——结构材核电料厂的系统选与设择备
2、结构材料的选择 对于压水堆的材料除了选择燃料、慢化 剂和冷却剂外，还要选择包壳、压力容器 和其它内部构件的金属材料。
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表2.5 压力容器尺寸与电厂电功核率电大厂小系统的与关设系备
电厂功率 /MW
600
内径/cm
335
900
1300
1800
399
439
490
筒体重/t
183
260
318
483
顶盖重/t
37
54
72
119
总重/t
232
329
2.1.1 一回路主系统的组成 核电厂系统与设备
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2.1.2 一回路主系统的功能 核电厂系统与设备
Page13：“一回路主系统，又可称为压水堆冷却剂系统，其 主要功用是由冷却剂将堆芯中因核裂变产生的热量传输给蒸汽 动力装置并冷却堆芯，防止燃料元件烧毁。”
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2.2.2 下部堆内构件（续） 核电厂系统与设备
热屏和围板
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2.2.3 上部堆内构件
核电厂系统与设备
组成： 堆芯上栅格板； 控制棒导向管； 支承柱； 堆芯上支承板。
作用： 固定燃料组件上端位置； 承受冷却剂横向流动阻力； 保证控制棒顺利上下移动。
8
8
N 黑棒组
8
8
温度棒 R 黑棒组
8
8
停堆棒 S 黑棒组
1
5
S 黑棒组
8
8
S 黑棒组
4
4
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S 黑棒组
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8 13
2.2.1.4—堆可芯燃功毒物能组组件件、阻力塞组件核和电中厂子系源统组与件设备
堆芯内各组件的种类和数目
第一循环 后续循环
控制棒组件
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– 冷却剂：吸收热量并带出堆芯
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2.2.1.2 燃料组件 — 堆内布置核电厂系统与设备
堆 芯 燃 料 布 置
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2.2.1.2 燃料组件 — 燃料元件棒核电结厂构系统与设备
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组成： 控制棒驱动机构主要由驱动轴、销爪、密
封壳、控制线圈和位置指示器组成；
分类： 目前常见的驱动机构有磁力提升型、磁阻马 达型、液压驱动型及齿轮齿条型等各种形式。
优缺点：
长棒控制棒驱动机构采用销爪式磁力提升型 （优点：磨损小、寿命长、控制简单、制造方 便及使用安全可靠等），它们能让控制棒靠重 力下落。短棒控制棒驱动机构一般用磁阻马大 型，棒可以步进运行，但是不能靠重力落入堆 芯。
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2.2 压水反应堆 — 本体结构 核电厂系统与设备
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2.2 压水反应堆 — 本体结构 核电厂系统与设备
四个主要部分： 堆芯； 堆内构件； 压力容器； 控制棒驱动机构。
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2.2.5 控制棒驱动机构—销爪式核电厂系统与设备
结构： 销爪式磁力提升型控制棒驱动机构安 装在压力容器顶盖的上部，其驱动轴 穿过顶盖伸进压力容器内，与控制棒 组件星形架的连接柄相连接，驱动机 构在壳内而控制线圈在壳外，其结构 如图所示；
行程： 额定行程为225步，每步为15.9mm，断 电事故时，靠重力落入堆芯，下落时 间（包括缓冲段）最大值为3.2s。全 长5700mm，提升重量为163kg。
热量传输：堆芯释热传递至蒸汽发生器二回路侧 慢化和冷却：堆芯冷却剂又兼作中子慢化剂 反应性控制：调整冷却剂中硼酸浓度控制反应性 压力控制：稳压器的喷淋和电加热，控制系统压力 超压保护：稳压器上的安全阀，超压排放 放射性屏蔽：承压边界，第二道安全屏障
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2.2.6 运行中的问题
核电厂系统与设备
核电厂运行时，应注意以下三个方面的问 题： 水力方面 （冷却剂循环）； 化学方面 （腐蚀和材料的选用）； 机械方面 （耐压性能、金属老化）。
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2.2.6 运行中的问题
核电厂系统与设备
1、冷却剂的循环 压水堆堆内冷却剂流程：
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2.2.6 运行中的问题—压力容器核电结厂构系统材与设料备选 择
压力容器及其内部构件材料所要求的特性应有： 有较高的机械强度； 足够的韧性，使用时不易脆化； 高抗腐蚀性能； 导热性能好； 吸收中子少； 价格低。
压力容器一般选择含锰钼镍的低合金钢，堆内构 件选择奥氏体不锈钢。
5
2.1.3 一回路主系统的主要参数核电厂系统与设备
冷却剂工作压力：14.7~15.7MPa； 冷却剂出口温度：280~300℃； 冷却剂流量：15000~24000t/h；（每个环路） 单位热功率所需流量：60~250t/(h .10MW)。
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第二章 压水堆核电厂一回路主系统和设备
以运行中必须限制燃料温度在允许值以下，以防止出现锆水反应或者堆 芯熔化导致包壳熔化
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第二章 压水堆核电厂一回路主系统和设备
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2
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2.2.1.3 控制棒组件 —— 种类与核电数厂量系统与设备
名称 组别 类型 第一循环 后续循环
功率棒 G 灰棒组
4
4
G 灰棒组
8
8
N 黑棒组
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核电厂系统与设备
第二章 压水堆核电厂 一回路主系统和设备
压水堆核电厂的组成
PWR核电厂
核岛
常规岛 电厂配套设施
核电厂系统与设备
一回路主系统 专设安全系统 核辅助系统 三废处理系统 汽轮机回路 循环冷却水系统
电气系统
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第二章 压水堆核电厂一回路主系统和设备
2
2.1 一回路主系统（冷却剂系统核电）厂系统与设备
第二章 压水堆核电厂一回路主系统和设备 11
2.2.1.2 燃料组件 — 燃料芯块核电厂系统与设备
燃料芯块呈圆柱形，由UO2粉末加造孔 剂经冷压烧结成95%理论密度的陶瓷体
直径8.192mm，高13.5mm
上、下端面呈碟形，用来补偿因热膨胀 和辐照肿胀造成的形状变化
UO2燃料芯块熔点2800℃，在高温下与水不发生反应 包壳理论熔点1250℃，但从约820℃开始与水发生反应并生成氢气，所