(反应堆冷却剂系统1)

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1、核电厂系统及设备第三讲冷却剂系统(1)（2010—2011学年第二学期）主讲：李然11反应堆冷却剂系统反应堆冷却剂系统1.11.1系统的功能系统的功能;;1.21.2系统的描述系统的描述;;1.31.3系统的系统的参数选择参数选择;;1.41.4系统布置系统布置;;1.51.5系统参数测系统参数测量量;1.6;1.6系统特性系统特性22反应堆本体结构反应堆本体结构2.12.1堆芯结构堆芯结构;;2.22.2堆芯支撑结构堆芯支撑结构;;2.32.3反应堆反应堆压力容器压力容器;;2.42.4控制棒驱动机构控制棒

2、驱动机构11反应堆冷却剂系统反应堆冷却剂系统反应堆冷却剂系统(ReactorCoolantSystem:RCS/RCP)又称为一回路(primarycircuit)系统。1.1系统功能•冷却剂→载热；余热排出•慢化剂→慢化；反射层•溶剂→可溶毒物——硼•压力边界→承压；裂变产物屏障•稳压器→防止DNB；超压保护1.11.1系统功能系统功能•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。•冷却剂作为可溶化学

3、毒物硼的载体，并起慢化剂和反射层作用。•压力边界构成防止裂变产物释放到环境中的一道屏障。•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。1.21.2系统描述系统描述•按照功能，反应堆冷却剂系统可分为冷却系统、压力调节系统和超压保护系统。1.21.2系统描述系统描述•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。1.21.2系统描述系统描述•压力调节系统由稳压器的加热和喷淋装置及相应管线组成。1.21.2系统描述系统描述•超压保护系统由稳压器的安全阀、卸压阀

4、以及卸压箱及相应管道组成。1.2.11.2.1冷却系统冷却系统•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。流经堆芯的冷却剂载热遵循下述关系：Pqctt=(-)tomputinPt堆芯热功率/kWqm冷却剂质量流量/kg/scp冷却剂比定压热容/kJ/(kg·K)tout冷却剂入口温度/Ktin冷却剂出口温度/K91.2.11.2.1冷却系统冷却系统•燃料元件表面的放热过程遵循下述关系：P=Attiα(-)ucfPu堆内燃料棒总热功率/WA燃料元件总表面积/m22α燃料元件表面平均对流换热系数/W

5、/(m·K)t燃料元件表面平均温度/Kct冷却剂平均温度/Kf101.2.11.2.1冷却系统冷却系统•堆芯热功率不变：•冷却剂流量↑→堆芯出入口温差↓→一回路平均温度↑→热效率↑•冷却剂流量↑→对流换热系数↑→燃料温度↓临界热流密度↑→安全性↑•冷却剂流量↑→流动阻力↑泵功率↑→电厂经济性↓•冷却剂流量↑→燃料元件振动与冲蚀↑111.2.11.2.1冷却系统冷却系统因此，在确定流经堆芯的冷却剂流速时要权衡各种因素。e.g.•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3.6

6、5m/s。•田湾核电厂堆芯冷却剂平均流速为5.6m/s。121.2.11.2.1冷却系统冷却系统•在发生全厂断电事故时，主泵停转，冷却剂失去强迫循环。如何去除堆内衰变热？（1）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，增加泵的惯性流量，保证断电后短时间内有足够的流量通过堆芯。（2）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。131.2.11.2.1冷却系统冷却系统•由一维流动守恒方程，对动量和能量守恒方程环路积分可得自然循环质量流量：1/3(

7、−n)⎛⎞2PgLΔ2βρt0q=⎜⎟m⎜⎟Rc⎝⎠pΔL蒸发器与堆芯中心高差/mn对湍流为0.2，层流为1141.2.11.2.1冷却系统冷却系统•给定堆芯出入口温差，自然循载出热功率：1/2()−n⎛⎞2gLΔ23−nβρ0Pc=−⎜⎟()tt2−ntoputin⎝⎠R1/3qPm~(tΔL)3/2Pctt~()−toputin151.2.11.2.1冷却系统冷却系统•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芯高度，

8、拉长反应堆压力容器而不是抬高蒸汽发生器。161.2.21.2.2压力调节系统压力调节系统•压力调节系统由稳压器的加热和喷淋装置及相应管线组成。1.2.21.2.2压力调节系统压力调节系统•核电厂在负荷瞬变过程中，引起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