第三章反应堆冷却剂系统和设备
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反应堆冷却剂系统(RCP)一、系统的功能压水堆核电厂的反应堆冷却剂系统(RCP),又称一回路主系统(图1-1),有以下功能:1.它的主要功能是将反应堆堆芯中核裂变反应产生的热量传送到蒸汽发生器,从而冷却堆芯,防止燃料元件烧毁,而蒸汽发生器供给汽轮发电机组(二回路)所必需的蒸汽;2.在压水反应堆内,水作为冷却剂又兼作中子慢化剂,使裂变反应产生的快中子减速到热中子能量;3.反应堆冷却剂中溶有硼酸,可补偿氙瞬态效应和燃耗引起的反应性变化;4.系统内的稳压器可用于控制冷却剂压力,以防止堆芯内产生不利于传热的偏离泡核沸腾现象;图 1-1 反应堆冷却剂5.在发生燃料元件包壳破损事故时,反应堆冷却系统压力边界可作为防止放射性产物泄漏的第二道屏障。
二、设计基础反应堆冷却剂系统设备设计是以下述正常运行数据为基准:压力15.5MPa(abs),满负荷时冷却剂的平均温度310℃ ;按100%反应堆功率下向二回路系统传递全部反应堆热功率设计;所有冷却剂系统(RCP)设备都按能适应112℃/h速率加热或冷却瞬态设计,温度变化率的运行限值为56℃/h。
整个反应堆冷却剂系统(RCP)的设计遵照有关文件的规定,在核电厂正常或事故工况下运行时,由温度、压力、流量变化引起的机械应力不得超过限值,以确保反应堆冷却剂系统压力边界的完整性。
三、系统描述1.传热环路RCP系统由并联到反应堆压力容器的二条相同的传热环路组成。
每一条环路有一台反应堆冷却剂泵和一台蒸汽发生器。
在运行时,反应堆冷却剂泵使冷却剂通过反应堆压力容器在冷却剂环路中循环。
作为冷却剂、慢化剂和硼酸溶剂的水,在通过堆芯时被加热,然后流入蒸汽发生器,在那里将热量传递给二回路系统,最后返回到反应堆冷却剂泵重复循环。
位于反应堆容器出口和蒸汽发生器入口之间的管道称为环路热段,主泵和压力容器入口间称为环路冷段,蒸汽发生器与主泵间的管道称为过渡段。
2.压力调节原理RCP系统还包括稳压器及其为反应堆冷却剂控制和超压保护所需的辅助设备。
注:本资料主要针对《核电厂系统及设备》臧希年编著第2版清华大学出版社2011年7月;笔者根据所学知识及综合一些其它资料汇编而成,分为课后习题解答与复习提纲两部分;本资料仅供读者作些参考,由于笔者知识有限,有些知识难免存在一些偏差,请批评指正。
2014年2月16日星期日第一部分:课后习题参考答案(2、3、4、5、7、8)第二章压水堆核电厂1.从电能生产的观点看,压水堆核电厂有哪些部分?各自有什么作用?答:从电能生产的角度看,压水堆核电厂分为核岛与常规岛,核岛利用核能生产蒸汽,常规岛利用蒸汽生产电能。
2.从热力循环的观点看,压水堆核电厂由几个回路组成?各自的作用是什么?答:压水堆核电厂主要由反应堆冷却剂系统(简称一回路),蒸汽和动力转换系统(又称二回路),循环水系统组成。
一回路生产蒸汽,二回路与三回路将蒸汽的热能转换为推动核汽轮机组转动的机械能。
3.核电厂的厂址须满足什么要求?答:应考虑三个方面①核电厂的本身特性。
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的放射性的总储量,在相同的运行条件下,堆内放射的总量与功率成正比。
②厂址的自然条件与技术要求。
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,并应利于排出的放射性物质在环境中稀释③辐射安全要求。
⑴辐射安全应符合国家环境保护,辐射防护等法规和标准的要求⑵将核电厂设置在非居民区⑶考虑厂址周围的人口密度和分布。
4.核电厂主要有哪些厂房?核电厂主要有反应堆厂房(即安全壳),燃料厂房,核辅助厂房,汽轮机厂房和控制厂房。
5.解释名词:多道屏障,纵深防御,单一故障准则多道屏障:在所有情况下保证绝对控制过量放射性物质对外释放,核电厂设置了三道屏障,只有这三道屏障全部被破坏才会释放大量的放射性物质。
纵深防御:将安全有关的所有事项置于多重防御之下,在一道屏障失效后还有另一道屏障来弥补。
单一故障准则:当系统中某一部件不能执行其预定功能安全功能时,并不影响整个系统功能的执行。
核反应堆的冷却系统核反应堆是一种利用核裂变或核聚变反应产生能量的装置,它在能源领域具有重要的地位。
然而,核反应堆在运行过程中会产生大量的热量,如果不及时冷却,就会导致反应堆过热,甚至发生严重事故。
因此,核反应堆的冷却系统是确保核反应堆安全运行的关键。
一、冷却系统的作用核反应堆的冷却系统主要有两个作用:一是将反应堆中产生的热量带走,保持反应堆的温度在安全范围内;二是控制反应堆的功率,确保反应堆的稳定运行。
二、冷却系统的组成核反应堆的冷却系统由多个部分组成,包括冷却剂、冷却剂循环系统、冷却剂泵和冷却剂换热器等。
1. 冷却剂冷却剂是核反应堆冷却系统中的重要组成部分,它负责将反应堆中产生的热量带走。
常用的冷却剂有水、氦气和钠等。
不同的冷却剂具有不同的特点和适用范围,选择合适的冷却剂对于核反应堆的安全运行至关重要。
2. 冷却剂循环系统冷却剂循环系统是核反应堆冷却系统的核心部分,它负责将冷却剂从反应堆中带走,经过换热器冷却后再回到反应堆中。
冷却剂循环系统通常包括冷却剂循环管道、冷却剂泵和冷却剂换热器等设备。
3. 冷却剂泵冷却剂泵是核反应堆冷却系统中的关键设备,它负责将冷却剂从反应堆中抽出,并通过冷却剂循环管道送往换热器。
冷却剂泵通常采用离心泵或容积泵,具有较高的流量和压力。
4. 冷却剂换热器冷却剂换热器是核反应堆冷却系统中的重要设备,它负责将从反应堆中抽出的热冷却剂与冷却介质进行换热,将热量传递给冷却介质,使冷却介质升温。
常见的冷却剂换热器有壳管式换热器和板式换热器等。
三、冷却系统的工作原理核反应堆的冷却系统通过循环冷却剂来实现对反应堆的冷却。
具体工作原理如下:1. 冷却剂从反应堆中抽出冷却剂泵将冷却剂从反应堆中抽出,并通过冷却剂循环管道送往换热器。
2. 冷却剂与冷却介质进行换热冷却剂在换热器中与冷却介质进行换热,将热量传递给冷却介质,使冷却介质升温。
3. 冷却介质带走热量冷却介质在换热器中带走冷却剂传递过来的热量,使冷却剂温度降低。
M310压水堆系统简介一、 反应堆冷却剂系统(RCP),又称一回路系统。
该系统将堆芯内核裂变所释放的大量热能导出,通过蒸汽发生器将一回路热量传给蒸汽发生器二次侧给水,使之产生饱和蒸汽,送到汽轮发电机发电。
1.系统由堆和三个环路组成.每一环路上有一台蒸汽发生器、一台反应堆冷却剂泵。
在其中的一个环路上还连接有一台稳压器以及稳压器卸压箱。
(见图1)。
一回路也起到包容住放射性裂变产物的第二道屏障。
2.主要设备——反应堆反应堆中核燃料芯块叠置在锆—4合金包壳管中,装上端塞,把燃料封焊在里面,从而构成燃料棒。
包壳将核燃料及其裂变产物包容住,构成了强放射性的裂变产物与外界环境之间的第一道屏障。
在堆芯装入三种不同浓度的核燃料,分别为1.8%、2.4%和3.1%。
高浓度燃料组件布置在外区,中心区浓度最低。
每次换料时,取出中心区的燃料组件,将第二区燃料组件倒换到中心区,将外区燃料组件倒换到第二区。
而在外区装入新燃料,这样每年更换三分之一核燃料组件。
控制棒束组件用于反应性的控制,它由强烈吸收中子的银—铟—镉合金构成。
它在燃料组件的导向管内移动,并由在反应堆压力容器顶盖上方的驱动机构提升和下降。
当需紧急自动停堆时,控制棒束组件靠重力自动落下。
控制棒束组件用来控制由负荷变化或反应堆停堆时所引起的反应性急速变化。
另一方面,依靠溶于反应堆冷却剂中的硼酸浓度来控制反应性缓慢而长期的变化。
这两种控制反应性的方式互为补充,相互结合确保堆芯反应性的调节和控制。
——蒸汽发生器它为自然循环型,由垂直的U型管束的蒸发段和汽水分离段组成。
用一回路的水加热二回路给水,使之产生饱和蒸汽并进行汽水分离和干燥后输送到汽轮机高压缸。
——反应堆冷却剂泵(又称主泵)用于克服一回路中设备和管道阻力,保证冷却剂的循环,它为立式离心泵,由泵体、电机、密封组件和飞轮组成。
主泵轴上有三级轴封,同时用高压水注入泵轴泵和密封组件之间,用于限制冷却剂从泵轴中泄漏。
在主泵顶部安装飞轮,以增加主泵的转动惯量。
第三章专题四: 反应堆冷却剂泵反应堆冷却剂泵又称主泵,它的主要作用是驱动反应堆冷却剂以很大的流量通过反应堆堆芯,把反应堆的热能输送至蒸汽发生器,以产生蒸汽驱动汽轮机作功。
目前绝大多数核电厂采用轴密封泵(图3.12 )。
主泵的密封多采用机械密封。
机械密封就是在两个相对转动的端面之间,引入密封介质,使两端面间分离而形成一层静压液膜,从而使固相摩擦转化为液相摩擦。
主泵轴密封一般由三级组成,依次称为一号密封、二号密封和三号密封。
来自化学和容积控制系统的高压密封水流在泵的下部轴承和一号密封之间引入后分为两路:一路向下,冷却泵下部轴承,同时阻止泵内高温流体沿轴向上泄漏,这股水起到隔离液的作用。
另一路向上顺次通过一、二、三号密封。
一号密封采用的是可控泄漏的动态液膜密封。
液膜是流过密封水的压降产生的,上下游压差15.5Mpa左右。
作用于静环的向下的力为上表面液体静压与重力之和. 作用于静环的向上的力为契形液膜上表面液体静压力,其压强分布示意图为(图3。
14,见文稿及原课件)。
静环就是在上下压力作用下形成动态平衡.当向下的压力小于向上的作用力时,静环上升,液膜变厚; 当向下的压力大于向上的作用力时,静环下降,这样液膜的厚度就在一个稳定值附近波动。
泄漏由外侧流向内侧,泄漏水大部分收集到化容系统,另一部分进入二号密封。
二号密封采用的是普通机械密封(图3.15a),正常工作压差是0.3Mpa左右,一号密封失效的情况下可以短时间承担系统的全压差。
三号密封(图 3.15b)采用的也是普通机械密封,承受压差0.1Mpa。
二三号的密封的泄漏水收集到反应堆冷却剂的收集罐中。
在泵的叶轮上部设有热交换器,当轴封水断失时,泄漏的冷却剂先被热屏交换器中的设备冷却水冷却到65度以下,使泵下部轴承免受高温。
这样,沿泵轴的泄漏经过串联的三道密封将冷却剂向安全壳气空间的泄漏减少到最小(参考课件4.2)。
第二章压水堆核电厂从电能生产的观点看,压水堆核电厂有那些部分组成?各自作用是什么?从热力循环的观点看,压水堆核电厂有几个回路组成?各自作用是什么?与沸水堆电厂相比,压水堆核电厂热力循环有何特点?这样做有何利弊?核电厂的厂址须满足什么要求?核电厂厂区分哪几部分?平面布置应考虑哪些因素?核电厂主要有哪些厂房?什么叫T形布置?什么是L形布置?各有何利弊?核电厂系统和设备及构筑物的安全分级、抗震分类、质保分组是如何规定的?解释名词:多道屏障;纵深防御;单一故障准则;安全功能。
第三章反应堆冷却剂系统与设备为什么一回路系统的压力选得那样高?试述稳压器的工作原理。
轴封式反应堆冷却剂泵是如何解决冷却剂沿轴的泄漏问题的?为什么一回路运行在160C以下时应投入余热排除系统?什么是汽蚀?它对泵的工作有何危害?如何防止发生汽蚀?什么是比转数?一台泵有几个比转数?按比转数范围划分,反应堆冷却剂泵属于那一类?其特性曲线有何特占。
八、、•蒸汽发生器二次侧工质的流程如何?为什么给水环作成倒“J”形?沿给水环周向给水分配均匀吗?循环倍率对传热、流动和汽水分离效果有哪些影响?为应付断电事故,一回路系统及设备设计上采取了哪些措施?解释名词:无延性转变温度;必须汽蚀余量;可用汽蚀余量;比转数;循环倍率。
第四章一回路主要辅助系统为什么一回路运行在160C以下时应投入余热排除系统?现代核电厂化容系统对于降低放射性水平效果如何?为什么?为净化一回路水,化学和容积控制系统采取了那些措施?设备冷却水系统在何种工况下的负荷最大?为什么?利用硼酸进行反应性控制有何特点和局限?化容系统是如何实现容积控制的?反应堆停闭3个小时了,这时剩余发热由什么系统带走?核岛的最终热阱是什么?废热如何排到热阱?用于正常停堆后余热排出的系统有哪些?现代压水堆核电厂停对后热量排出系统由哪些?第五章专设安全设施系统专设安全设施系统在设计上有何特殊要求?对于设计基准事故,安全注入系统的设计的验收标准有哪些?发生大破□失水事故后,安全注入系统有哪些响应?为什么要采用冷.热端同时再循环注入?什么是非能动系统?采用非能动系统对安全设施系统设计有何意义?发生失水事故后安全壳内氢气的来源有哪些?如何控制安全壳内氢浓度?专设安全设施系统设计中,为保证管线打开或矢闭成功,往往采用什么办法?简述辅助给水系统的功能、设置、动力源特点。
核电站反应堆冷却剂系统讲义核电站反应堆冷却剂系统核电站反应堆冷却剂系统讲义本讲义是针对一回路及相关辅助系统的学习。
所包含的内容主要分三个方面:一回路主回路系统(RCP),一回路辅助系统(RCV、REA 、RRA、PTR),核安全系统(RIS、EAS、ASG)等。
故我们的学习应该从这三方面入手分系统的掌握。
本教材在详细介绍OJT206所涉及的系统的基础上结合现场有关操作使大家对OJT206的知识有一个全面的了解。
第一章、反应堆冷却剂系统(RCP)反应堆冷却剂系统是核电站的重要关键系统。
它集中了核岛部分除堆本体外对安全运行至关紧要的主要设备。
反应堆冷却剂系统与压力壳一起组成一回路压力边界,成为防止放射性物质外泄的第二道安全屏障。
核电站通常把核反应堆、反应堆冷却剂系统及相关辅助系统合称为核蒸汽供应系统。
大亚湾压水堆电站一回路冷却剂系统由对称并联到压力壳进出口接管上的三条密封环路构成。
每条环路由一台冷却剂主泵、一台蒸汽发生器以及相应的管道、阀门组成。
整个一回路共用一台稳压器以及与其相当的卸压箱。
反应堆冷却剂系统的压力依靠稳压器的电加热元件和喷雾器自动调节保持稳定。
一、RCP系统的主要安全功能和要求RCP系统的主要功能是利用主泵驱使一回路冷却剂强迫循环流动,将堆芯核燃料裂变产生的热量带出堆外,通过蒸汽发生器传给二回路给水产生蒸汽,冷却剂在导出堆芯热量的过程中冷却堆芯,防止燃料元件棒烧毁。
压力壳内冷却剂还兼作堆芯核燃料裂变产生的快中子的慢化剂和堆芯外围的中子反射层。
冷却剂水中溶有硼酸,因此堆内含硼冷却剂又可作为中子吸收剂。
根据工况需要调节冷却剂中含硼浓度,可配合控制棒组件用以控制、补偿堆芯反应性的变化。
系统内的稳压器用于控制一回路冷却剂系统压力,以防止堆芯产生偏离泡核沸腾。
当一回路冷却剂系统压力过高时,稳压器安全阀则能实现超压保护。
当发生作为第一道安全屏障的燃料元件棒包壳破损、烧毁事故时,RCP系统的压力边界可作为防止放射性物质泄漏的第二道安全屏障。