反应堆冷却剂系统和设备

核电站中的冷却剂循环系统核电站是一种利用核能来产生电能的重要设施，而冷却剂循环系统是核电站中至关重要的组成部分。

它的主要功能是将核反应堆中产生的热量带走，并保持反应堆和其他设备的恒定温度，以确保核反应的稳定运行。

本文将详细介绍核电站中的冷却剂循环系统。

一、冷却剂的选用核电站中使用的冷却剂必须具备良好的导热性能、较高的沸点和蒸发潜热，并且要具备较低的腐蚀性。

通常情况下，水和重水是最常用的冷却剂。

水在核反应过程中的吸热能力强，但其腐蚀性较大，因此需要进行特殊处理。

重水则无此腐蚀问题，但成本较高。

二、冷却剂循环系统的结构和原理核电站中的冷却剂循环系统由主要循环系统和辅助循环系统组成。

主要循环系统主要包括核反应堆、蒸汽发生器、冷凝器和泵等设备。

核反应堆产生的热量通过冷却剂传输到蒸汽发生器，在此过程中冷却剂发生相变产生蒸汽。

蒸汽经过冷凝器冷却后，又重新变为冷却剂，由泵再次输送到核反应堆中，循环往复。

辅助循环系统主要包括冷却剂过滤器、压力控制器、水处理设备等。

这些设备的主要作用是保持冷却剂的纯度、控制系统的压力以及处理冷却剂中的杂质。

三、冷却剂循环系统的工作原理核电站中的冷却剂循环系统的工作可以分为两个主要阶段，即正常运行阶段和事故处理阶段。

在正常运行阶段，冷却剂循环系统通过各个设备的协调工作，将核反应堆中产生的热量带走，保持核反应堆的恒定温度。

冷却剂在循环过程中需经过一系列处理来保持其状态良好，如控制压力、温度和流量等。

而在事故处理阶段，冷却剂循环系统则需要应对各种意外情况，如突发的冷却剂泄漏或压力异常等。

此时，系统会根据事故情况采取相应的措施，如紧急关闭泵、切断冷却剂流动等，以确保核反应堆安全。

四、冷却剂循环系统的安全性核电站中的冷却剂循环系统在保证电能输出的同时，也要确保系统的安全性。

为了达到这一目标，核电站需要进行严密的安全措施。

首先，核电站采用多种监测和控制系统，来对冷却剂循环系统进行实时监测。

一旦发现异常情况，系统会及时做出响应，并采取相应的措施。

核电厂系统及设备知识反应堆是核电厂的核心设备，用于进行核裂变反应，产生大量热能。

反应堆一般由燃料组件、反应堆压力容器、反应控制系统等组成。

燃料组件是含有放射性核燃料的结构部件，可以产生裂变反应；反应堆压力容器是储存反应堆冷却剂的金属容器，保证核反应的正常进行；反应控制系统用于控制核反应的速率和安全性。

蒸汽发生器是连接反应堆和蒸汽涡轮发电机组的重要设备。

它通过将反应堆冷却剂的热能转移给水，使水蒸发成为高温高压的蒸汽，用于驱动蒸汽涡轮发电机组发电。

蒸汽涡轮发电机组是核电厂的主要发电设备，它将高温高压的蒸汽能量转化为电能。

核电厂的冷却系统用于冷却反应堆和蒸汽发生器，防止核反应过热和爆炸。

冷却系统通常包括主冷却循环、辅助冷却循环和应急冷却系统等。

核电厂的控制系统是对核反应堆进行监控和控制的设备，保证核反应的安全、稳定和高效进行。

此外，核电厂还有辅助设备包括供应水系统、通风系统、废物处理系统等，用于保障核电厂的运行和安全。

总的来说，核电厂的系统和设备是一个密不可分的系统，各部分设备协同工作，确保核反应的安全、高效进行，并将热能转化为电能。

核电厂是人类利用核能进行能源开发的重要手段之一。

尽管核能的利用被一些人质疑其安全性，但是通过严格的安全管理和监控，以及先进的技术和设备，核电厂在为人类提供清洁、高效的能源的同时，也保证了可靠性和安全性。

接下来我们将更加深入地了解核电厂的系统和设备知识。

反应堆是核电厂的核心部件，是核能转变为热能的场所，其内部包含着燃料组件，用以控制和维持反应中子的自持和增殖。

燃料组件一般是由铀或钚等元素的化合物构成，包装在金属或陶瓷的包壳中。

反应堆压力容器则是容纳反应堆冷却剂的主要设备，其壁厚、材料及焊缝质量等都受到严格的监控。

反应堆控制系统则是用于监控和控制核反应的速率和安全性的设备，包括各种传感器、控制棒和自动系统，确保核反应能够达到预期的状态。

蒸汽发生器连接在反应堆之后，通过将反应堆冷却剂的热能转移给水，使水蒸发生成高温高压的蒸汽。

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。

1. 引言压水堆核电厂的组成如图0-1所示。

通常可以分为三大部分：1．核的系统和设备部分，又称核岛；2．常规的系统和设备部分，又称常规岛；3．电气系统和设备。

核岛由以下几部分组成:（1）反应堆及一回路主系统和设备（主管道、冷却剂主泵、蒸汽发生器、稳压器及卸压箱等）；（2）一回路主要辅助系统：如化学和容积控制系统（RCV）、余热排出系统(RRA)、硼和水补给系统（REA）等。

（3）专设安全设施系统：如安注系统（RIS）、安全壳喷淋系统（EAS）等。

（4）与安全壳相关的通风系统：如安全壳换气通风系统（EBA）、大气监测系统（ETY）等。

（5）三废系统：如废液处理系统（TEU）、硼回收系统（TEP）等。

（6）其它系统：核岛系统中的反应堆、一回路主系统和设备以及余热排出系统安置在安全壳内，核岛系统的其余部分的大部分设备安装在安全壳外的核辅助厂房内。

压水堆核电厂的常规岛包括那些与常规火力发电厂相似的系统及设备，主要有：（1）蒸汽系统:如主蒸汽系统（VVP）、汽水分离再热系统（GSS）等；（2）给水系统:如凝结水系统（CEX）、除氧器系统（ADG）等；（3）汽机及其辅助系统:如汽轮机润滑、顶轴和盘车系统（GGR）（4）外围系统:如核岛除盐水分配系统（SED）、循环水处理系统（CTE）等。

电气部分是电厂的一个重要组成部分，它主要包括以下系统及设备：a)发电机及其辅助系统，如发电机定子冷却水系统（GST），发电机励磁和电压调节系统（GEX）等。

b)厂内外电源系统，如LGA，LGB，LLA，LNA等。

图0-1 压水堆核电厂的组成1.1 反应堆冷却剂系统（RCP）本章介绍600MWe压水堆核电厂反应堆冷却剂系统的功能，系统内主要设备（压水反应堆、蒸汽发生器、冷却剂主泵、稳压器及卸压箱）的作用及组成，反应堆冷却剂系统与辅助系统的联系及其运行原理。

1.1.1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. 传热在核电厂正常运行期间，一回路系统通过沿反应堆——蒸汽发生器——反应堆冷却剂泵一一反应堆流动的一回路冷却剂将反应堆所产生的热量传递给蒸汽发生器二次侧的给水，并使蒸汽发生器二次侧的给水转化为驱动汽轮发电机的饱和蒸汽。

第六章反应堆一回路主系统6.1 概述反应堆冷却剂系统又称一回路主系统，如图6.1所示。

广东大亚湾核电站每台机组的一回路主系统有三个环路，每个环路设置一台冷却剂循环泵(又称主泵)、一台蒸汽发生器，其中一个环路上设有一台稳压器以及与其相关的泄压箱。

反应堆冷却剂系统的功能是：①主泵使冷却剂在环路中循环，将堆芯的热量带出，通过蒸汽发生器将热量传给二次侧给水；②堆内冷却剂又是慢化剂的水使中子得到慢化；③冷却剂中融有硼酸用来控制反应堆的变化；④稳压器用来控制冷却剂压力，防止堆芯产生偏离泡核沸腾；⑤稳压器上的安全阀起超压保护作用；⑥在发生燃料元件包壳破损时，反应堆冷却剂系统的压力边界使防止放射性泄露的第二道屏障。

图6.1 一回路主系统6.2 反应堆冷却剂泵6.2.1 概述主泵是由空气冷却的三相感应电动机驱动的立式、单级、轴封机组。

它由电动机、轴封组件和水力部件组成。

反应堆冷却剂由装在转动轴下部的泵唧送，冷却剂通过泵壳底部吸入，向上流过叶轮，然后通过扩散器从泵壳侧面出口接管排出。

串联布置的三级轴封控制冷却剂沿泵轴泄露，由化学容积控制(RCV)系统供应的密封水注入泵内，以防止冷却剂沿泵轴向上流动，并冷却轴封和泵的轴封。

在密封水注入失效工况下，热屏冷却向上流到密封器的冷却剂。

主泵的外形及结构如图6.2所示，主要技术规范：表6-1 反应堆冷却剂泵技术规范6.2.2 水力部件⑴泵体图6.2 冷却剂泵结构图6.3 主泵泵体如图6.3所示，泵体由泵壳、扩散器(又称导叶)、进水导管、叶轮、泵轴组成。

其中除泵轴为不锈钢锻件之外，均为不锈钢铸件。

叶轮有七个螺旋离心叶片，装在泵轴的下端。

扩散段汇集来自叶轮的冷却剂，它由十二个螺旋离心叶片组成，被安装在扩散的法兰的底部，扩散器可以与泵的内部部件同时从泵体中取出。

在扩散器的下部装有防热罩。

冷却剂由泵壳底部的进口接管吸入，由装在泵轴下部的叶轮唧送，经扩散器从泵壳侧面的出口接管排出。

(2)热屏热屏装在叶轮与泵轴承之间，由热屏法兰构成泵壳上法兰，它装有热屏及泵轴承。

AP1000是由西屋公司开发得第三代压水堆核电站，而M310是法国珐玛公司通设计得第二代压水堆核电站。

AP1000在系统设计上大量地采用了非能动理念，大大简化了系统，减少了设备数量，提高了机组的安全性和经济性。

AP1000核岛M310核岛在系统和设备上有很大区别，本文以山东海阳核电和广东大亚湾核电为例分别从反应堆冷却剂系统、反应堆辅助系统、专设安全设施三个方面对两个机组的核岛系统设备主要区别作一对比分析。

1.反应堆冷却剂系统区别AP1000与M310的反应堆冷却系统由于同为压水堆，因此在工作原理上是一样的，但是AP1000结合了二代压水堆积累的运行和维护经验，在很多地方设计有很大的改动，如：反应堆布置，反应堆本体及压力容器、主泵等。

1.1反应堆冷却剂系统的系统设计区别AP1000的反应堆冷却剂系统采用了二环路对称布置设计，每个环路由一台蒸汽发生器，两台主泵，一条热管段管道和两个冷管段及相关仪表、系统接口组成。

其中一个环路的热管段与稳压器通过波动管相连接，用来调节系统压力。

在稳压器上接有安全阀及自动卸压系统的前三级，自动卸压系统的第四级卸压管线接在两个环路的热管段上。

正常运行时从反应堆压力容器出口流出来的冷却剂经过一条直径为78.7cm的热管段进入蒸汽发生器，经过蒸汽发生器二次侧给水冷却后由两台直接连接在蒸汽发生器冷侧腔室出口的屏蔽式水泵加压，经过两条直径为55.9cm的冷管段管道注入堆芯。

当需要自动卸压系统动作时前三级卸压管线将蒸汽排到安全壳内换料水箱。

同时当压力仍不能按要求下降时，第四卸压阀自动打开，向安全壳排放蒸汽。

M310的反应堆冷却剂系统由反应堆和三条并联的环路组成，这些环路以反应堆为中心，呈辐射状布置。

每条环路由一台主泵，一台蒸汽发生器、一条热管段管道、一条过渡段、一条冷管道组成。

在其中一个环路的热管段通过波动管与稳压器相连接来调节一回路压力。

稳压器上部同样连有安全阀和卸压管线，当系统超压时稳压器上部的卸压管线将蒸汽排到卸压箱中。

核反应堆的冷却系统与选材要求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，如果不能及时有效地冷却，就会导致反应堆温度过高，甚至发生严重事故。

因此，核反应堆的冷却系统是核能发电安全运行的关键之一。

本文将介绍核反应堆的冷却系统以及选材要求。

一、核反应堆的冷却系统核反应堆的冷却系统主要由冷却剂、冷却剂循环系统和冷却剂传热系统组成。

1. 冷却剂冷却剂是核反应堆中用于吸收和带走燃料元件产生的热量的介质。

常用的冷却剂有水、氦气和液态金属等。

水是最常用的冷却剂，其具有丰富的资源、良好的传热性能和较低的成本，但在高温和高压下易发生腐蚀和水锤等问题。

氦气是一种惰性气体，具有良好的热传导性能和较高的工作温度，但成本较高。

液态金属如钠和铅铋合金具有较高的传热性能和较低的压降，但在操作过程中需要注意其氧化和腐蚀问题。

2. 冷却剂循环系统冷却剂循环系统是核反应堆中冷却剂流动的路径。

它包括冷却剂泵、冷却剂管道和冷却剂循环装置等。

冷却剂泵负责将冷却剂从低温区抽出，经过核反应堆吸收热量后再送回高温区。

冷却剂管道用于连接冷却剂泵和核反应堆，保证冷却剂的流动。

冷却剂循环装置则用于控制冷却剂的流速和温度，确保核反应堆的稳定运行。

3. 冷却剂传热系统冷却剂传热系统是核反应堆中冷却剂与燃料元件之间传递热量的装置。

它包括燃料元件、燃料包壳和燃料包壳与冷却剂之间的传热界面。

燃料元件是核反应堆中产生热量的部分，通常由铀或钚等放射性物质构成。

燃料包壳则用于包裹燃料元件，保护其不受外界环境的影响。

燃料包壳与冷却剂之间的传热界面则是冷却剂吸收燃料元件热量的位置。

二、核反应堆冷却系统的选材要求核反应堆的冷却系统在选择材料时需要考虑以下几个方面的要求： 1. 耐高温性能核反应堆的工作温度通常较高，因此冷却系统的材料需要具有良好的耐高温性能。

材料应能在高温下保持稳定的力学性能和化学性能，不发生脆化、软化或氧化等现象。

核电站中的应急冷却系统工作原理核电站是一种重要的能源供应设施，但其运行涉及到核能的使用，因此不可避免地存在一定的风险。

为了应对可能发生的事故，核电站中必须配备应急冷却系统，以确保核反应堆的安全运行。

本文将介绍核电站中应急冷却系统的工作原理。

一、引言核电站中的应急冷却系统是一种重要的安全设备，其主要作用是在发生事故时，迅速将核反应堆的温度降低，避免核燃料遭到损坏，阻止事故蔓延，并最终保护人民生命财产安全。

应急冷却系统被广泛运用于核电站的不同部位，并采用系统联动的方式进行操作。

二、主要组成部分核电站中的应急冷却系统主要由以下几个部分组成：冷却剂、泵站、与核反应堆相连的冷却管道、应急控制系统和监测装置。

1. 冷却剂冷却剂是应急冷却系统的核心，其用途是通过循环回路，在核反应堆与冷却介质之间传递热量。

常用的冷却剂有水和重水等，其选择取决于核电站的具体设计。

2. 泵站泵站是应急冷却系统中的重要组成部分，其主要作用是将冷却剂从冷却介质处抽送到核反应堆处，以实现冷却剂的循环。

泵站通常配备有多台泵，以保证系统在各种情况下的正常运行。

3. 冷却管道冷却管道是应急冷却系统中起连接作用的管路系统。

其一端与核反应堆相连，另一端与泵站相连。

冷却管道的设计应充分考虑冷却剂的流动速度、温度和压力等因素，以确保系统的高效运行。

4. 应急控制系统应急控制系统是应急冷却系统的核心控制装置，其主要功能是在事故发生时，实时监测核反应堆的温度和压力，并自动调节冷却剂的流速和温度，以确保系统的稳定运行。

应急控制系统通常具备自动和手动控制模式，以满足不同情况下的需求。

5. 监测装置监测装置是对核电站中应急冷却系统工作进行持续监测的设备。

其主要功能是实时检测和记录冷却剂的温度、压力和流速等参数，并通过报警装置在系统异常时及时发出警报信号，以便操作人员采取相应措施。

三、工作原理核电站中的应急冷却系统工作原理如下所述：1. 系统待命状态应急冷却系统在平时处于待命状态，即冷却液静止状态，冷却剂被储存在贮槽中。