教材N1-核电系统基本知识

却剂因温度变化引起的容积变化,限制一回路压力因温度变化引起的波动,避免冷却剂在反应堆内沸腾,并控制一回路升、降压速度。整个压水堆冷却剂系统共用一台稳压器,通过波动管和一个环路的热管段相连。稳压器有气罐式和电加热式两种,现代压水堆核电厂普遍采用电加热式稳压器。

(二)主要的安全系统

核电厂的安全系统的功能是限制事故发生后的后果,为一些重大的事故提供必要的应急冷却措施,并防止放射性物质的扩散。主要的安全系统包括余热导出系统、应急堆芯冷却系统、安全壳、安全壳隔离系统、安全壳喷淋系统、安全壳消氢气系统、蒸汽发生器辅助(应急)给水系统、重要用户中间冷却水系统、应急电源等。这些安全保护系统均采用独立设备和冗余布置,备有事故电源,安全系统可以抗地震和在蒸汽-空气及放射性物质的恶劣环境中运行。简单介绍如下:

1.余热导出系统

余热导出系统主要功能是把反应堆停堆后的余热热量从反应堆冷却剂系统中传递出去。

余热导出系统主要由余热交换器、余热排出泵以及有关管道、阀门和运行控制所必需的仪器仪表组成。该系统正常运行时,反应堆冷却剂从主管道热段流向余热排出泵,通过余热交换器传热管再返回主管道冷段,热量则通过余热交换器传递到设备冷却水系统中。

2.应急堆芯冷却系统

应急堆芯冷却系统主要功能是在出现某些事故时,通过注入含中子吸收物质(硼)的冷却剂,冷却堆芯并提供附加停堆能力。应急堆芯冷却系统主要由安注箱、安注泵、离心上充泵、余热排出泵、换料水贮存箱、硼注射箱及有关的阀门、管道组成。

3.安全壳

安全壳是用于容纳反应堆冷却剂系统和某些安全重要系统的设备,在运行时对冷却剂系统的放射性辐射进行屏蔽,限制泄漏;在一回路或二回路发生泄漏事故时,承受内压并限制泄漏。安全壳还具有抵抗外部事件(飓风、飞射物撞击)保护反应堆的能力。

安全壳底部用钢筋混凝土底板封闭,主体由预应力混凝土穹顶封闭的立式预应力混凝土筒体构成,内侧覆有起密封作用的碳钢衬里。

4.安全壳隔离系统

安全壳隔离系统为贯穿安全壳的流体系统提供了隔离手段,将事故后可能释放到安全

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壳中的任何放射性都包容在安全壳内,保证安全壳泄漏率不超过规定的限值。

安全壳隔离系统主要由安全壳隔离阀和相关管道组成。在某些事故情况下,当安全控制系统发出隔离信号时,这些隔离阀快速关闭,防止放射性物质向周围环境释放。另外,在主蒸汽管道发生破裂时,还能及时隔离蒸汽发生器,防止反应堆冷却剂系统过冷或安全壳超压。

5.安全壳喷淋系统

该系统的功能是维持安全壳内压力。某些事故发生后,当安全壳内的压力上升到一定限值,安全壳喷淋泵启动,把含有硼和氢氧化钠的溶液向安全壳内均匀地喷淋,在降低安全壳内温度和压力的同时,溶解安全壳内的放射性碘,减少放射性物质向环境释放的可能性。

安全壳喷淋系统主要由安全壳喷淋泵、喷淋总管道、喷淋添加剂箱、液体喷射器和若干隔离阀及为保证系统运行所需的管道、仪器仪表组成。

6.安全壳消氢系统

该系统的设计是基于美国三哩岛事故经验反馈的结果。三哩岛事故中,由于氢气大量聚集在安全壳顶部,最后引起氢爆炸,进一步恶化了事故后果。安全壳消氢系统的主要功能是,在发生冷却剂失水事故时,降低安全壳内氢气的含量,防止氢爆。

该系统主要由氢复合器、若干风机、过滤器和相关管路组成。 7.蒸汽发生器辅助(应急)给水系统。

在二回路的主给水失去的事故情况下,该系统投入使用,向蒸汽发生器供应足够的给水来排出一回路系统的热能。另外,在某些情况下,如小破口失水事故等,该系统也投入使用。

该系统主要由辅助给水泵、除氧水箱、除盐水贮存箱、调节阀、截止阀和相应的管道组成。该系统投入运行时,辅助给水泵将除氧水箱或除盐水贮存箱中的水打入蒸汽发生器中,保持蒸汽发生器的水位能够淹没传热管,防止事故的进一步扩大。

8.重要设备中间冷却水系统。

该系统的主要功能是向反应堆装置、主泵、反应堆装置的辅助系统、安全系统提供冷却水并导出热量。

9.应急电源

核电厂每台机组都安装有应急柴油发电机组,正常运行时处于热备用状态,一旦发生

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失电事故,要求该系统在十几秒时间内启动,自动带上负荷,为反应堆安全系统提供驱动力。

系统的主要设备是应急柴油发电机组。 (三)核辅助系统

核辅助系统主要包括化学和容积控制系统、反应堆和乏燃料冷却和处理系统、三废系统、通风空调系统和核测量控制系统等。

1.化学和容积控制系统 该系统主要作用有:

? 在所有运行工况下维持反应堆冷却剂系统的物质平衡和水质; ? 贮存与供应除盐除氧水及氢氧化锂与联氨,调节一回路水化学工况;

? 贮存并向安全注入系统和反应堆及乏燃料水池冷却和处理系统提供不同浓度值的

硼酸溶液,控制反应堆反应性;

? 向稳压系统供喷淋水,向主泵密封供水并冲洗轴封; ? 向稳压器和余热系统泄压阀充水;

? 净化溶解在一回路冷却剂中的离子态杂质,净化以晶体状态存在于一回路冷却剂中

的放射性腐蚀物,保证在燃料元件表面没有沉淀物,降低一回路设备和管道的放射性污染水平;

? 处理各种工况下从一回路引出的含硼水,供应高、低浓度硼酸溶液,净化硼酸溶液

等等。

? 此外,化学和容积控制系统还起着安全功能。在事故情况下,化学和容积控制系统

可向反应堆冷却剂系统供给含硼酸的冷却剂。 化学和容积控制系统主要有下泄、上充两大子系统。

下泄系统从主回路冷段管道抽出冷却剂,通过下泄控制阀流向再生热交换器,再通过下泄孔板流向下泄热交换器,通过调节阀进入下泄离子交换器(俗称混合床离子交换器)、阳离子交换器、下泄过滤器等进行净化和过滤,最终流到容积控制箱,并在容积控制箱内完成载热剂的除氧。

下泄系统主要由再生热交换器、下泄孔板、下泄热交换器、混合床离子交换器、阳离子交换器、容积控制箱和相关的阀门、管道组成。

上充系统从容积控制箱内取冷却剂,由上充泵打回反应堆冷却剂系统。

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上充系统主要由上充泵和相关的阀门、管道组成。

另外,化学和容积控制系统还包括冷却剂补给和化学物质添加系统、一回路冷却剂净化和处理系统等。

冷却剂补给和化学物质添加系统主要由化学水箱、硼水贮存箱、化学试剂补给箱、加药泵、硼酸过滤器、硼注射箱和相关的阀门、管道等部件组成。

2.反应堆和乏燃料水池的冷却和处理系统

与火电厂不同,核电厂使用过的燃料不会立即运出,将被从堆芯转至乏燃料水池。在那里被冷却和降低放射性水平。反应堆和乏燃料水池的冷却和处理系统的主要功能是降低乏燃料水池内燃料元件的剩余热量;在所有工况下导出乏燃料水池内乏燃料余热,充注乏燃料水池;在换料和停堆检修时,不能利用余热排出系统时,可利用辅助冷却系统来冷却堆芯;堆芯换料时排空反应堆竖井、堆内构件及水封闸板间腔室或向其充水,保持乏燃料水池的水质并降低放射性;在发生事故时,它向反应堆安全壳喷淋系统和安全注入系统提供足量的硼酸溶液。

该系统主要由输水泵、冷却器、排水泵、集流母管和排水管线组成。 3.三废处理系统 (1)废气处理系统

废气处理系统主要是用来控制排放废气中放射性惰性气体和气溶胶的含量,使气体流出物的放射性含量符合国家规定的排放定值。通过吸附或压缩贮存的方式使废气中放射性物质在特定的容积内自然衰变,测得废气的放射性合格后,通过过滤、除碘、空气稀释后排向烟囱,达到保护环境的目的。

(2)废液处理系统

废液处理系统对含有放射性的液体废物进行处理,保证向环境排出的废液达到排放标准。它通过蒸发或过滤的方式对废液进行放射性分离,得到的低于排放浓度限值的液体可直接向环境排放,而得到的少量放射性浓缩液或过滤后的放射性废树脂采用水泥固化、深埋的处理方式,以达到保护环境的目的。

(3)固体废物处理系统

固体废物处理系统对核电站产生的放射性固体废物(废中子测量通道、放射性污染的废检修工具、更换下来的放射性高效过滤器、个人防护用品、被放射性污染的建筑材料和

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保温材料、液体废物固化体灯)进行处理。通常采用分拣、减容、固定、固化等办法使放射性固体废物形成易运输,易加工、性能稳定的物体,以便于在后处置场对其进行后处理。

有些电站三废处理系统还包括硼回收系统、放射性废液排放系统以及流水排放系统等。 4.通风空调系统

通风空调系统的主要功能是为重要设备和人员提供足够的冷却能力和空气循环的能力,保证重要设备的正常运行,保持或改善人员的工作环境,并降低事故情况下放射性外泄的可能性。

通风空调系统一般有控制棒驱动机构风冷系统、反应堆堆坑的通风系统、安全壳内的连续通风系统、安全壳内的空气净化系统、核燃料厂房通风系统、核辅助厂房通风系统、汽轮机厂房通风系统、主控室空调系统、上充泵房应急通风系统、辅助给水泵房通风系统、主要厂用水泵站通风系统、废物辅助厂房通风系统、安全注入和喷淋泵电机房通风系统等。

5.核测量控制系统

为了预防事故的发生,保证反应堆在既定参数下安全稳定运行,就必须监测反应堆中核裂变的情况,并给予必要的干预手段进行调整。

用于监督如堆功率、堆周期、中子通量分布等情况的系统统称为核测量系统。 用于调节的系统称为核控制调节系统,核电厂控制调节系统包括堆功率调节系统、稳压器控制系统、蒸汽发生器水位控制系统和蒸汽排放控制系统等。

(四)、常规岛系统

压水堆核电厂的常规岛部分主要包括二回路系统(汽轮机发电机系统)、循环水系统、电气系统及厂用电设备。

核电厂常规岛的系统和设备与火力发电厂相类似,主要区别在于:

1、核电厂常规岛系统某些设备和系统也涉及核安全要求,因此,对制造、安装和运行等有更高的要求;

2、核电厂的主蒸汽采用中参数的湿蒸汽,压力和温度较低,为了获得大功率,只能增加主蒸汽的流量,因此核电厂的主蒸汽流量比火力发电机组大。由于二回路温度压力较低,其压力边界的选材与常规火电站不同。

3、由于中参数湿蒸汽经汽轮机高压缸做功后,湿度提高,核电厂汽轮机在热循环中增加了汽水分离再热系统,这是核电厂与火力发电厂在常规岛部分的明显不同之处。

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