03章 反应堆冷却剂系统和设备

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1、第3章反应堆冷却剂系统和设备9/21/202113.1反应堆冷却剂系统9/21/202123.1.1系统功能反应堆冷却剂系统又称为一回路系统，其主要功能是：在核电厂正常功率运行时将堆内产生的热量载出，并通过蒸汽发生器传给二回路工质，产生蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。在停堆后的第一阶段，经蒸汽发生器带走堆内的衰变热。系统的压力边界构成防止裂变产物释放到环境中的一道屏障。反应堆冷却剂作为可溶化学毒物硼的载体，并起慢化剂和反射层作用。系统的稳压器用来控制一回路的压力，防止堆内发生偏离泡核沸腾，同时对一回路系统实行超压保护。9

2、/21/202133.1.2系统描述9/21/20214冷却系统冷却系统由反应堆冷却剂泵、反应堆和蒸汽发生器及相应的管道组成。在正常功率运行时，反应堆冷却剂泵使冷却剂强迫循环通过堆芯，带走燃料元件产生的热量。按照功能,反应堆冷却剂系统可分为：冷却系统、压力调节系统、超压保护系统。冷却剂流速选择（综合技术经济考虑）流速大：利：载热量大、传热系数高。弊：流动阻力大，泵的扬程要求高，泵功消耗大，从而厂用电增加。大亚湾核电厂堆内冷却剂平均流速为4.6m/s。秦山核电厂堆芯冷却剂平均流速为3.65m/s9/21/20215在发

3、生全厂断电事故时，主泵停转，冷却剂失去强迫循环。保护系统实行紧急停堆，功率水平迅速下降。为了去除堆内衰变热，必须保证一定的冷却剂流量。在反应堆冷却剂系统和设备的设计上，采取下述措施：增加泵的惯性流量在反应堆冷却剂泵电动机顶部装飞轮，延长主泵断电后的惰转时间，保证断电后短时间内有足够的流量通过堆芯。在一回路设备布置上，应使蒸汽发生器的位置高于反应堆压力容器，以便建立和保持一个自然循环驱动头。在一回路出现两相流的情况下，必须考虑流动的不稳定性问题。原理上，增加堆芯与蒸汽发生器间的高度差仍然有效，但增加的办法更倾向于降低堆

4、芯高度，拉长反应堆压力容器而不是抬高蒸汽发生器。9/21/20216压力调节系统为了保证反应堆冷却剂系统具有好的冷却能力，应当将堆芯置于具有足够欠热度的冷却剂淹没之中。核电厂在负荷瞬变过程中，由于量测系统的热惯性和控制系统的滞后等原因，会造成一、二回路之间的功率失配，从而引起负荷瞬变过程中一回路冷却剂温度的升高或降低，造成一回路冷却剂体积膨胀或收缩。水经波动管涌入或流出稳压器，引起一回路压力升高或降低。当压力升高至超过设定值时，压力控制系统调节喷淋阀，由冷管段引来的过冷水向稳压器汽空间喷淋降压；若压力低于设定值，压力

5、控制系统启动加热器，使部分水蒸发，升高蒸汽压力。9/21/20217超压保护系统当一回路系统的压力超过限值时，装在稳压器顶部卸压管线上的安全阀开启，向卸压箱排放蒸汽，使稳压器压力下降，以维持整个一回路系统的完整性。卸压系统主要由装在稳压器汽空间连管上的卸压阀或安全阀及其管道和卸压箱组成。9/21/202183.1.3系统的参数选择核电厂的一回路系统由若干并联的环路组成。一个环路所输送的热功率与压水堆核电厂规模和设备设计制造能力有关。目前核电厂一回路一般采用2－4条环路并联形式。在相同堆功率情况下，单个环路功率提高后，

6、就可以减少环路数目，减少相应的设备和部件，降低设备投资和维修费用。这样，降低了核电厂每千瓦的造价和每度电价格，经济上有利。161009/21/20219一回路的工作压力、冷却剂的反应堆进出口温度、流量和流速等参数的选择，直接影响了核电厂的安全性和经济性，合理选择一回路的工作参数是核电厂设计的重要内容。一回路压力由水的热物理性质可知,要想提高反应堆冷却剂的出口温度而不发生冷却剂容积沸腾，必须提高一回路压力。所以,从提高核电厂的热效率来说，提高一回路系统冷却剂的工作压力是有利的。但是，这方面的潜力非常有限.例如,水的压力

7、为20MPa时,其饱和温度也仅有365.7℃，而现代压水堆一回路常用压力为15.5MPa，其对应的饱和温度为344.7℃。二者相比，压力提高了4.5MPa，饱和温度却仅提高21℃。显然,如此提高压力，在提高电厂效率上的收益不大，反而对各主要设备的承压要求、材料和加工制造等技术难度都大大增加了，最终影响到电厂的经济性。综合考虑，一般压水堆核电厂一回路系统的工作压力约为15MPa左右。设计压力取1.10~1.25倍工作压力；冷态水压试验压力取1.25倍设计压力。9/21/202110反应堆冷却剂的出口温度电厂热效率与冷却

8、剂的平均温度密切相关.冷却剂出口温度越高，电厂热效率越高。但冷却剂出口温度的确定应考虑以下因素:燃料包壳温度限制燃料包壳材料要受到抗高温腐蚀性能的限制,对于轻水堆,包壳材料Zr-4的允许表面工作温度应不高于350℃。传热温差的要求为了保证燃料元件表面与冷却剂之间传热的要求，燃料表面与冷却剂间应有足够的膜温压。若包壳温度限制在350℃，冷却剂温度