核电厂系统及设备课程设计

第一章概论
1.1 国际国内核电概况
能源是社会和经济发展的基础，是人类生活和生产的要素。

随着社会的发展，能源的需求也在不断扩大。

从能源供应结构方面看，目前世界上消耗的能源主要来自煤、石油、天然气。

此类能源为不可再生能源，且在作为能源利用的过程中，对生态环境造成污染。

对于煤、石油、天然气来说，它们还是很好的化工原料，应用于化工生产过程中，能够创造出更大的效益。

核能不仅单位能量大，而且资源丰富。

地球上蕴藏的铀矿和钍矿资源相当于有机燃料的几十倍。

如果进一步实现受控核聚变，并从海水中提取氚加以利用，就会根本上解决能源供应的矛盾。

我国秦山三期为重水堆，秦山一期、二期，大亚湾，岭澳，田湾均为压水堆。

其他国家在运行的核电机组主要有轻水堆(PWR、BWR)、改进型气冷堆(AGR)、高温气冷堆(HTGR)、CANDU重水堆和金属冷却快种子增殖堆（LMFBR) 。

我国在建核电厂有三门核电站、阳江核电站、台山核电站、福建省宁德核电站、福建省福清核电站、山东省华能石岛湾核电厂、华辽宁省红沿河核电厂、湖南省桃花江核电站、广西省防城港核电站等。

1.1.1 人类能源结构三次重大的演变：
18世纪60年代：煤炭逐步替代了木柴；
20世纪20年代：煤炭转向石油和天然气；
20世纪70年代：石油、天然气，煤，核能和再生能源等多种能源结构；
21世纪主要能源：核能
1.1.2 世界核电的发展大体可分为四个阶段。

1954～1960年：试验阶段；
1961～1969年：实用化阶段；
1969年至二十世纪70年代末：大发展阶段；
二十世纪80年代至二十世纪末：低潮阶段；
二十一世纪开始：复苏阶段
1.1.3 2009年底世界核电统计
全球运行中的核电机组： 436座
净输出容量： 369321MW
正在兴建的机组： 56座
净输出容量： 51727MW
主要堆型：轻水堆（PWR、BWR）、改进型气冷堆（AGR）、高温气冷堆（HTGR）、CANDU重水堆和液态金属冷却快中子增值堆（LMFBR）
1.2.4 2009年底中国核电统计
中国（大陆）运行中的核电机组： 11座
净输出容量： 8438MW
正在兴建的机组： 20座
净输出容量： 19920MW
中国（台湾）运行中的核电机组： 6座
净输出容量： 4949MW
正在兴建的机组： 2座
净输出容量： 2600MW
主要堆型：轻水堆（PWR）、重水堆
1.2我国的能源形势，能源政策
我国一次能源分布极不均匀，70%的煤炭资源分布在西北地区，水电资源主要分布在西南、西北地区，而经济发达的东南沿海地区，煤炭资源仅占全国的1%，水电资源不足6%。

全国铁路货运能力的45%和水运总量的三分之一用于煤炭运输。

到2009年底，全国电力装机容量累计达874GW，其中：火电652GW，占装机总容量的74.60%；水电197GW，占22..51；风电20GW，占2.29,核电9.08GW，占1.04。

而2008年，核电在世界电力生产的比例为15%。

我国火电以燃煤为主，大量的煤炭燃烧带来了严重的环境污染问题。

尽管采取了脱硫等环保措施，然而二氧化硫和氮氧化物的排放总量还是巨大的。

加之国内可开发的水电资源有限，可再生能源等新能源成本高、难以形成规模，环境状况非常严峻。

在此形势下，发展核电对于调节能源结构，减少环境污染，实现经济和生态环境协调发展具有十分重要的战略意义。

核工业是一个战略性产业，是技术密集型高科技产业，是一个国家综合实
力的象征。

发展核电还可以带动我国机电、建筑行业的技术进步和管理升级，拉动国民经济发展。

在能源紧缺地区建造核电站，既可替代部分常规能源，也有利于调整地区能源结构，缓解能源工业对环境的影响和对交通运输的压力。

我国发展核电的基本政策是：坚持集中领导、统一规划，并与全国能源和电力发展相衔接；在核电的布局上优先考虑一次能源缺乏、经济实力较强的东南沿海地区；在发展核电的过程中，充分利用我国丰富的核能资源，包括天然铀及加工能力、核燃料设计制造能力和核电厂设计、制造、建设和运行经验；坚持“质量第一，安全第一”；坚持“以我为主，中外合作”，把多渠道筹措资金发展核电和引进技术、推动国产化相结合，逐步实现自主设计、自主制造、自主建设和自主营运。

1.3拟选堆型，主要参数
拟选堆型：AP1000压水堆
AP1000压水堆主要参数
（321 ℃）AP1000属于第三核电厂，但用于发电的主设备都有成熟的经验：如反应堆压力容器，核燃料组件，堆内构件，蒸汽发生器，主泵，汽轮发电机组等。

第二章核电厂选址
2.1选址基本要求：
核电厂选址，涉及区域经济规划等因素，与气象、地质、地震、水文等自然条件有关，受政府（环保部门）和周围民众的普遍重视。

核电厂选址因素很多与火电厂选址要求相同，包括接近电力负荷中心、有充足的冷却水源、交通运输方便、有良好的自然条件（地形、地质、地震等）、减少废热废物排放对生物的影响，防止环境污染可能性等。

另外，还应减少释放放射性对环境的影响，以确保在一般事故和严重事故条件下不受危害。

归结起来，核电厂选址应考虑：核电厂本身的特性、厂址自然条件和技术要求、辐射安全要求三方面。

1）．核电厂的放射性特性
核反应堆是一个强大的放射源。

核电厂的热功率决定了反应堆内放射性的总储量，在相同的远行条件下，堆内放射性的总量与功率成正比，因而在发生事故时可能释放的放射性也与功率有关。

2）．厂址的自然条件和技术要求
厂址的自然条件必须满足核电厂选址的技术要求，应尽可能地避免或减少自然灾害(如地震、洪水及灾难性气象条件)造成的后果，并应有利于排出的放射性物质在环境中稀释。

3）．辐射安全要求
从辐射安全的角度看，电厂正常运行时排放的放射性废物对环境的影响很小，对选址有影响的主要还是核电厂事故时可能对居民造成的危害，所以，通常一个国家的核电厂选
2.2所选地址的条件特点说明
根据我国《核电厂厂址选择安全规定》，以及国内外核电厂选址有关法规要求，在核电厂选址中需要评价三个方面的基本内容。

其一是厂址外部环境对核电厂安全可能产生的影响，包括外部自然和人为事件；其二是核电厂对厂址周围区域环境可能产生的影响，其中包括自然环境和社会环境；第三点是实施应急计划的可行性，即在假定核电厂发生需要采取应急的事故工况下，厂址周围区域特征对实施应急计划的影响。

对于一个特定厂址，如果在上述三个方面不
存在影响厂址可接受性的因素或者能够通过采取工程措施解决可能存在的不利因素，那么该厂址就具备建设核电厂的厂址条件。

设计选则的地址在浙江省东部沿海的台州市三门县，坐落在三门县健跳镇猫头山半岛上，西北距杭州市171km、北邻宁波市83km、南靠台州市51km、离温州市150km。

2.3主要厂房设施
核电厂主要厂房指反应氓厂房(即安全壳)、燃料厂房、核辅助厂房、汽轮机厂房和控制厂房。

、
反应堆厂房是一个有钢材的圆柱形须应力混凝土结构，顶部呈半球形或椭圆形，它的内径约40 m，壁厚约l m，高约60 m一70 m，它包容一回路系统带放射性物质的所有设备，以防止放射性物质向外扩散。

即使在核电厂发生严重事故时，也仍然将放射性物质封闭在安全壳内，不致影响到周围环境。

整个结构按抗震I类要求设计。

为了便于安全壳内大型设备的安装和接修，安全壳捌面没有直径约10 m的一个设备闸门和一个连接核辅助厂房酌人员闸门。

大厅顶部设有起吊能力为250t一300t的环形吊车。

安全壳内部结构主要是由钢筋混凝土建造的。

圆筒形的反应堆一次屏蔽墙，既在反应堆压力容器周围形成生物屏蔽，又为反应堆压力容器提供支承。

该一次屏蔽墙与安全壳大致是同心的。

为了支撑和隔离一回路系统设备，安全壳内设有一回路隔墙，这些隔墙还为反应堆冷却剂系统提供屏蔽。

燃料厂房设有乏燃料储存水池，用来盛放乏燃料。

储水池上方，有一台l00-150t的桥式吊车，以吊运乏燃料运输容器和乏燃料他冷却系统酌设备。

这个厂房通过燃料输送水道与反应堆厂房相连。

在乏燃料储水池内，通常须有7m-9m深的水层作为屏蔽层，乏燃料储存池需按抗震I类要求设计。

核辅助厂房是一个具有多种用途的钢筋混凝土结构。

厂房内设有化学和容积控制系统、安全注入系统、设备冷却水系统等辅助系统及厂房必需的空气处理和冷却设备。

厂房内的设备须装有隔词，给操纵人员提供生物屏蔽。

在没备的布置上，必须注意把安全系统的设备、管道和电缆仆开。

这样，确保存设备、结构、管道和电缆的单—故障情况下不致使整个系统失占女全功能。

依照这种
分离的设计，对于装有事故[况下工作的电动机房间，需要增加设备隔离问或保护墙及冷却设备。

核电f—核辅助厂房一般集中设置在反应推厂房的周围，这有利于缩短系统管路从而节省核电厂的基建投资。

汽轮发电机厂房的布置与火电厂汽轮机厂房相似，它一般布置在盟靠安全壳的一侧。

厂房内设有汽轮发电机组、凝汽器、凝结水泵、给水泵、给水加热器；除氧器、汽水分离再热器及与二回路系统有关的辅助系统。

控制厂房布置在留个核电厂的中心，它包括中央控制室、厂用配电和各种自动控制设备。

中央控制室内装有控制台和控制盘，继电器室内装有各种继电器和控制器。

这个厂房控制着整个核电广，因此它是一个至关重要的区域，必须按抗震I类的要求进行设计。

控制室和继电器室共用一个空调系统来冷却电气设备。

在继电器室下面，还有一个“电缆室”，它是从电厂各处到控制室引来的所有电线酌汇集点，所有电续都分别引到控制室和继电器内的各个端子排上。

核电厂除了上述主要厂房外，压有循环水泵房、输配电厂房及放射性废物处理厂房。

放射性废物处理厂房是核电厂特有的厂房。

为了保证在正常和事故工况下排出的放射性物质不致污染周围环境，核电厂内所有通过反应堆及一回路系统排出的气体、液体和固体废物都要经过处理，达到允许标推后才可通过高烟囱、下水道排放或回收使用。

因而，核电厂的厂房设施耍比常规电厂严格得多、复杂得多。

2.4初定总平面布置图
核电厂的厂址选定后，在总平面布置设计时应考虑以下原则；
(1)合理区分放射性与非放射性的建筑物，使净区和脏区严格分开，脏区尽可能置于主导风向的下风例，以减少放射性污染。

(2)满足核电厂生产工艺流程要求，便于设备运输，减少厂区管线的迂回和纵横交叉。

(3)反应堆厂房、核辅助厂房和燃料厂房，都应设在同一基岩的基垫层上，防止因厂房承载或地震所产生的沉降差异而造成管线断裂。

(4)核电厂厂房布置以反应堆厂房为中心，核辅助厂房、燃料厂房、主控制楼和应急柴油发电机厂房均环绕在反应推厂房周围。

对于双单元核电厂也可采
用对称布置，并共用部分核辅助厂房。

按照上述原则，一班核电厂的厂房可以分成下列几个部分；
(1)核心区：主要由核岛和常规岛组成，包括反应堆厂房、核辅助厂房、燃料厂房、主控制室、应急柴油发电机厂房、汽轮发电机厂房等。

(2)三废区：主要由废液储存、处理厂房、固化厂房、弱放废物库、固体废物储存库、特种洗衣房和特种汽车库等组成。

(3)供排水区：主要由循环水泵房、输水隧洞、排水渠道、淡水净比处理车间、消防站、高压消防泵房、排水泵房等组成。

(4)动力供应区：主要出冷冻扒站、压缩空气反液氮储存气化站、辅助锅炉房等组成。

(5)检修及仓库区：包括检修车问、材料仓库、设备综合仓库及危险品仓库等。

(6)厂前区：包括电厂行政办公大楼及汽车、消防、保安及生活服务设施。

核电厂的总体布置主要取决于核心区、供排水区、三废区的布置，而关键又在于核心区的布置。

核心区的布置首先取决于核岛各厂房的组合，以及它们与汽轮机厂机房的相对位置关系。

图2．4核电厂厂区T型布置
1-反应堆厂房；2-核辅助厂房；3-燃料厂房；4-电气厂房；5-汽轮机厂房；6-调度控制楼；
7-主调度大楼；8-变电站；9-循环水泵房；10-行政办公大楼；11-餐厅；12-核电厂其他辅助厂房；13-海水进口；14-循环水虹吸井；15-循环水排水渠
在核电厂总平而布置中，循环水供排水系统占有重要地位。

以大亚湾按电厂为例，其循环水系统的标高布置，是确定厂区标高的两个重要因素之一。

这两个因累是：
(1)厂区地坪的标高应位于千年一遇的最高潮位以上；
(2)将凝汽器布置在适当标高位置上，使得循环水回路中有适当的虹吸效应井使核电厂基建投资和循环水用电消耗都比较合理，也就是综合考虑基建投资和运行费用后选定最优的标高。

综合上述两个因素之后，大亚湾核电厂的厂区标高为+6．50 m PRD(氏珠江基平面)，汽轮机厂房底层标高为+6．70 m PRD，凝汽器底座布置在+6．70 m PRD 的平面土，面凝汽器水室员高点标高则为13.55m。

在正常潮位下循环水回路中考虑了管渠的笆力后，虹吸高度约为7m。

从图2．4可以看到，循环水经进口水道进入循环水泵房，经升压后沿地下混凝土循环水访送管道进入汽轮机厂房酌凝汽器，离开凝汽器的循环水再经泥凝土地下水道通过虹吸井后排人明渠人海。

可见，循环水系统贯穿了整个厂区。

第三章堆型确定
3．1核反应堆作用
核反应堆进行核裂变，将核能转化成热能，水作为冷却剂流经堆芯将堆内释放的热量通过反应堆冷却剂管道传到蒸汽发生器，在那里传递给二次侧的给水（二回路工质），使其成为饱和蒸汽。

冷却剂在蒸汽发生器中被冷却后由主冷却剂泵打回反应堆重新加热，形成一个封闭的吸热和放热的循环流动过程，这个循环回路称为一回路，也是核蒸汽供应系统的主要部分，其功能是冷却堆芯并带走热量。

由于一回路的主要设备是反应堆，所以通常将一回路及其辅助系统和厂房统称为核岛（NI）。

3．2确定所选堆型的理由、条件
本课程设计所选堆型为AP1000压水堆。