船舶核動力裝置一回路系統(tǒng)

1、一、一回路裝置概述21.1 在正常運(yùn)行時，一回路裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)：21.2 在事故工況下，為保證反應(yīng)堆安全，一回路裝置必須完成下列任務(wù)：2二、主冷卻劑系統(tǒng)32.1 系統(tǒng)的功用和設(shè)計要求32.2 主要設(shè)備簡述32.2.1 蒸汽發(fā)生器32.2.2 主冷卻劑泵（主泵）52.3 主冷卻劑系統(tǒng)布置形式62.3.1 分散式布置72.3.2 緊湊式布置72.3.3 一體化布置8三、壓力安全系統(tǒng)93.1 壓力安全系統(tǒng)所擔(dān)負(fù)的職能如下：93.2 壓力安全系統(tǒng)的工作原理10穩(wěn)壓器典型結(jié)構(gòu)103.2.2 壓力調(diào)節(jié)原理10四、水質(zhì)控制系統(tǒng)114.1 水質(zhì)控制系統(tǒng)綜述114.2 凈化系統(tǒng)124.2.1 高壓凈化系統(tǒng)12

2、4.2.2 低壓凈化系統(tǒng)13五、化學(xué)物添加系統(tǒng)13六、水質(zhì)監(jiān)測取樣系統(tǒng)14七、輔助水系統(tǒng)157.1 設(shè)備冷卻水系統(tǒng)157.2 補(bǔ)給水系統(tǒng)167.3 其它輔助水系統(tǒng)17八、工程安全設(shè)施18九、放射性廢物處理系統(tǒng)19十、參考文獻(xiàn)19船舶核動力裝置一回路系統(tǒng)摘要：反應(yīng)堆堆芯因核燃料裂變產(chǎn)生巨大的熱能，將冷卻劑加熱成高溫高壓水，高溫高壓水流經(jīng)蒸汽發(fā)生器內(nèi)的傳熱型管，通過管壁將熱能傳遞給型管外的二回路冷卻水，釋放熱量后又被主泵送回堆芯重新加熱再進(jìn)入蒸汽發(fā)生器。水這樣不斷地在密閉的回路內(nèi)循環(huán)，被稱為一回路。關(guān)鍵字：核燃料裂變，高溫高壓水，密閉循環(huán)，蒸汽發(fā)生器，主泵一、一回路裝置概述壓水堆一回路裝置是為保證

3、反應(yīng)堆和蒸汽發(fā)生器正常運(yùn)行及事故工況下安全工作而設(shè)的系統(tǒng)和設(shè)備。所以，又稱反應(yīng)堆裝置或核蒸汽發(fā)生裝置。1.1 在正常運(yùn)行時，一回路裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)：反應(yīng)堆啟動和運(yùn)行時，按預(yù)定的方式向一回路中供給冷卻劑，以保證回路中所需要的冷卻劑數(shù)量及壓力；使回路中冷卻劑循環(huán)流動，帶出反應(yīng)堆堆芯的熱量，并傳給二回路介質(zhì)，即把堆芯中核燃料裂變能所轉(zhuǎn)變的熱量傳導(dǎo)并輸送給二回路介質(zhì)；防止一回路裝置產(chǎn)生不允許的超壓，保證反應(yīng)堆及一回路系統(tǒng)的安全；凈化一回路冷卻劑中附帶的雜質(zhì)，控制水質(zhì)，保證冷卻劑品質(zhì)符合要求；監(jiān)測一回路冷卻劑的質(zhì)量和成分；搜集各系統(tǒng)排出的放射性廢物，并加以處置，保證船上人員及環(huán)境的安全。1.2 在事故工

4、況下，為保證反應(yīng)堆安全，一回路裝置必須完成下列任務(wù)：排除停堆后堆芯剩余釋熱；在反應(yīng)堆堆芯受到熔化威脅前，強(qiáng)行向堆芯注水。為執(zhí)行以上任務(wù)，并保證反應(yīng)堆安全工作，必須為進(jìn)行冷卻劑循環(huán)、體積和壓力控制、水質(zhì)控制、安全控制、放射性管理及輔助冷卻和補(bǔ)給水等一系列任務(wù)而設(shè)專門的系統(tǒng)和設(shè)備。1.3 按功用劃分，一回路所設(shè)系統(tǒng)可分為六種：主冷卻劑系統(tǒng)擔(dān)負(fù)循環(huán)冷卻劑的任務(wù)；容積和壓力控制系統(tǒng)進(jìn)行容積和壓力控制；水質(zhì)控制系統(tǒng)擔(dān)負(fù)回路中冷卻劑的凈化、添加化學(xué)物質(zhì)控制水質(zhì)，對水質(zhì)監(jiān)測及取試樣的任務(wù)；輔助水系統(tǒng)由設(shè)備冷水系統(tǒng)、補(bǔ)給水系統(tǒng)和其它輔助水系統(tǒng)構(gòu)成；工程安全設(shè)施為了預(yù)防反應(yīng)堆及附屬設(shè)備發(fā)生事故以及在事故工況下限

5、制和防止主要設(shè)備損傷而設(shè)的設(shè)施；放射性廢物處理系統(tǒng)為放射性廢物的收集及處理而設(shè)。二、主冷卻劑系統(tǒng)2.1 系統(tǒng)的功用和設(shè)計要求主冷卻劑系統(tǒng)保證一回路冷卻劑進(jìn)行循環(huán)，是一回路的主要系統(tǒng)，簡稱主系統(tǒng)。主冷卻劑系統(tǒng)的功用是在正常運(yùn)行時將堆芯產(chǎn)生的熱量傳給蒸汽發(fā)生器，使二回路工質(zhì)變?yōu)檎羝?；在反?yīng)堆停堆時，可用該系統(tǒng)除去堆芯剩余熱量的一部分；在事故時（如失水事故）也可作為應(yīng)急堆芯冷卻的手段之一。此外，主冷卻劑系統(tǒng)還為包容在運(yùn)行溫度和壓力下的冷卻劑提供一個完整的承壓邊界，以控制放射性物質(zhì)向系統(tǒng)外擴(kuò)散。典型的主冷卻劑系統(tǒng)的范圍為包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)包殼在內(nèi)的反應(yīng)堆壓力殼、蒸汽發(fā)生器的一回路側(cè)、主冷卻劑泵、穩(wěn)壓器及到釋

6、放閥和安全閥的管系、聯(lián)接上述設(shè)備的管道及管道附件、支管上的隔離閥及高壓管道。簡圖如下：1反應(yīng)堆 2.堆芯 3、4. 蒸汽發(fā)生器 5.穩(wěn)壓器 6.主冷卻劑泵 7.高壓給水加熱器 8.主給水泵2.2 主要設(shè)備簡述蒸汽發(fā)生器蒸汽發(fā)生器是用于將冷卻劑的熱量傳給二回路側(cè)的水，產(chǎn)生一定壓力、溫度的蒸汽，供汽輪機(jī)裝置及其它設(shè)備用汽。因此，其設(shè)計必須保證在任何運(yùn)行工況下所需要的蒸汽產(chǎn)量及蒸汽參數(shù)。在設(shè)計蒸汽發(fā)生器時，應(yīng)特別注意使其工作可靠，并有最小的尺寸和重量。因為蒸汽發(fā)生器工作不可靠將使一回路側(cè)冷卻劑流入二回路側(cè)，引起放射性向二回路側(cè)擴(kuò)散。因此，蒸汽發(fā)生器必須堅固，不能滲漏，更不允許一回路側(cè)與二回路側(cè)互相串

7、通。蒸汽發(fā)生器的尺寸和重量在很大程度上取決于傳熱面的大小，并與冷卻劑的參數(shù)和傳熱管的結(jié)構(gòu)和材料有關(guān)。一、二回路之間的平均溫差直接影響蒸汽發(fā)生器的傳熱面積，增大平均溫差可減少蒸汽發(fā)生器的尺寸和重量。從尺寸、重量角度，希望力圖增大這個溫差，但增大溫差會增加換熱的不可逆損失，降低裝置的經(jīng)濟(jì)性。目前，一、二回路間的平均溫差一般不超過40。設(shè)計蒸汽發(fā)生器時必須盡全力減少腐蝕，因為蒸汽發(fā)生器的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)入主冷卻劑系統(tǒng)中，會引起冷卻劑放射性強(qiáng)度增強(qiáng)，并引起放射性腐蝕產(chǎn)物在主冷卻劑系統(tǒng)中沉積。為此，蒸汽發(fā)生器傳熱管的材料必須有極小的腐蝕率。用碳鋼和珠光體鋼材，盡管采取調(diào)整水質(zhì)的辦法，也是不能滿足要求。奧氏體不

8、銹鋼具有很高的抗腐蝕能力，所以多被采用。但奧氏體不銹鋼抗應(yīng)力腐蝕能力較差，所以蒸汽發(fā)生器設(shè)計從安全可靠角度出發(fā)，應(yīng)采用抗應(yīng)力腐蝕能力最強(qiáng)的鎳基合金材料，包括抗應(yīng)力腐蝕的新型不銹鋼。目前使用的蒸汽發(fā)生器有自然循環(huán)式及直流式兩類。.1 自然循環(huán)式該蒸汽發(fā)生器的特點(diǎn)是二回路側(cè)水由于密度差而自然循環(huán)。其結(jié)構(gòu)形式多為立式U形管型冷卻劑經(jīng)一回路側(cè)水室流入傳熱管，再從另一水室流出蒸汽發(fā)生器。二回路側(cè)產(chǎn)生的蒸汽，經(jīng)由汽水分離器送至主蒸汽管。為了控制水質(zhì)，下部裝有排泄管。為了減少負(fù)荷波動引起的水位波動，加大了上部的面積,簡圖如下：.2 直流式該蒸汽發(fā)生器的特點(diǎn)是二回路側(cè)工質(zhì)的流動不是依靠自然循環(huán)那樣的密度差來推

9、動，而是依靠給水泵的壓頭來實現(xiàn)。給水在給水泵的壓頭作用下，順序一次通過加熱段、蒸發(fā)段、過熱段各個受熱面。給水在受熱面中一面流動一面被加熱、蒸發(fā)、過熱，最后蒸汽達(dá)到所要求的溫度（帶有一定過熱度的過熱蒸汽）。在直流蒸汽發(fā)生器中，由于工質(zhì)運(yùn)動都是由水泵壓頭產(chǎn)生的，所以受熱面上工質(zhì)均為強(qiáng)制流動。由于工質(zhì)一次通過受熱面，因此水一次全部蒸發(fā)完畢，而沒有自然循環(huán)。直流蒸汽發(fā)生器運(yùn)行工況的各種改變（如給水量的變動），都將導(dǎo)致汽水通道各點(diǎn)工質(zhì)參數(shù)的變化，隨之便引起了受熱面各區(qū)段所占長度的變化，這種特性也不同于自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器。直流蒸汽發(fā)生器的體積比自然循環(huán)式小，重量輕；易于產(chǎn)生過熱蒸汽；另外，由于蓄熱量和儲水

10、量都小而且受熱面的加熱和冷卻都容易達(dá)到均勻，因此它允許快速啟動和停止。但是，由于它在運(yùn)行中不進(jìn)行排污（或進(jìn)行少量排污）和鍋內(nèi)水處理，因此它對水質(zhì)要求高。它不僅需要較純的補(bǔ)給水，而且要求冷凝水不受污染。因此應(yīng)對冷凝水進(jìn)行除鹽處理。另外，由于二回路側(cè)工質(zhì)完全是依靠給水泵壓頭流動，因而使給水泵壓頭增高、消耗功率增大。最后，由于直流蒸汽發(fā)生器的熱容量小，當(dāng)外部負(fù)荷變動時引起的壓力變化速度更敏感。又由于蒸汽發(fā)生器內(nèi)加熱、蒸發(fā)，過熱區(qū)段之間無固定的分界線，無論一回路及二回路的擾動，都將導(dǎo)致各區(qū)段分界線的移動和出口汽溫的變化。因此，要求直流蒸汽發(fā)生器有較復(fù)雜的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主冷卻劑泵（主泵）主冷卻劑泵的作用

11、是強(qiáng)制冷卻劑循環(huán)。它的結(jié)構(gòu)型式取決于裝置線圖、反應(yīng)堆型式、工質(zhì)的物理性質(zhì)和參數(shù)等。壓水堆所用主冷卻劑泵的要求是安全可靠性，它比常規(guī)裝置要高得多。因它的功用、工作條件、工質(zhì)參數(shù)、維護(hù)使用情況以及調(diào)節(jié)方式都與常規(guī)裝置不同。主冷卻劑泵排送流量大，揚(yáng)程較低，因此泵的比轉(zhuǎn)數(shù)高，接近混流泵的范圍。另外，主冷卻劑泵的工作溫度高達(dá)280，工作壓力高達(dá)14.71兆帕，屬于高溫高壓用泵。最主要的是該泵排送的冷卻劑具有一定的放射性，必須盡力減少漏泄。防止冷卻劑外漏是主冷卻劑泵的特殊要求之一。除此之外，在主冷卻劑泵斷電事故時，為了保證反應(yīng)堆堆芯不被燒毀，要求泵有足夠的轉(zhuǎn)動慣性，保證在短時間內(nèi)仍能以一定的流量向堆芯供水

12、，達(dá)到繼續(xù)冷卻堆芯的目的。在初期的核動力裝置中，為了減少主冷卻劑泵外漏而避開軸封的困難，多采用密封泵。這種泵與電機(jī)全部密封在泵殼內(nèi)，用水潤滑的軸承支持，所以不必?fù)?dān)心有放射性物質(zhì)外漏。但是，這種泵的電機(jī)結(jié)構(gòu)特殊，比普通電機(jī)成本高，而且效率要低10%-15%。隨著裝置功率加大，大型密封泵的缺點(diǎn)更為突出，特別是由于對軸封的研究已有明顯進(jìn)展，所以目前在核電站中幾乎不采用密封泵而采用軸封泵。但在船舶核動力中，由于主冷卻劑泵功率小，一般仍認(rèn)為采用密封泵是適當(dāng)?shù)摹Ｓ捎谥骼鋮s劑泵的特殊工作條件，主冷卻劑泵為第一類機(jī)器，所以泵的承壓部分應(yīng)與核一級容器和管道采用同樣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。下圖為日本“陸奧”號使用的立式主冷卻

13、劑泵。采用立式泵的主要理由是占用安裝面積小。該泵為單級離心泵，流量為900噸/時，揚(yáng)程是0.343兆帕，泵的底部為吸入口，排出口在側(cè)面，吸入口和泵輪之間裝有止回閥。電機(jī)定子用屏蔽套與冷卻劑隔離，用屏蔽覆蓋的轉(zhuǎn)子和軸承與冷卻劑接觸，定子的外側(cè)用設(shè)備冷卻水冷卻。該泵在正常運(yùn)行時以全速工作，其轉(zhuǎn)數(shù)為1800轉(zhuǎn)/分。在帶走衰變熱時，為了節(jié)約電力而以半速工作，轉(zhuǎn)數(shù)為900轉(zhuǎn)/分。（1）1電機(jī)定子 2電機(jī)轉(zhuǎn)子 3葉輪 （2）“陸奧號”安全殼內(nèi)一回路系統(tǒng)設(shè)備布置圖4泵內(nèi)止回閥 5 泵殼 6冷卻盤管主冷卻劑系統(tǒng)布置形式主冷卻劑系統(tǒng)的布置形式將影響一回路裝置的性能。隨著人們認(rèn)識和對性能要求的提高，主冷卻系統(tǒng)的布

14、置將更趨向緊湊。目前已出現(xiàn)的布置形式有：分散式布置、緊湊式布置和一體化布置。分散式布置圖（2）為日本核商船“陸奧”號一回路系統(tǒng)的布置圖。為了防止放射性在船上擴(kuò)散及事故情況下防火和防水淹的目的，將36兆瓦熱功率的壓水堆及一回路系統(tǒng)設(shè)備均置于鋼制的安全殼內(nèi)，安全殼置于反應(yīng)堆艙內(nèi)。反應(yīng)堆安全殼是一個氣密的直立式圓柱狀容器，其直徑與高度均為10米。頂蓋是球形的，可以為控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)提供足夠的空間。安全殼的設(shè)計條件是：內(nèi)壓力不超過1.23兆帕，外壓力不超過0.29兆帕，溫度不超過189級的高抗拉強(qiáng)度鋼制成。安全殼底部設(shè)有兩套壓力平衡閥門，以防止在船體沉沒時，由于外部壓力而造成殼體破裂。當(dāng)壓力差大0.2兆

15、帕?xí)r，閥門打開，使海水進(jìn)入安全殼內(nèi)，當(dāng)壓力差消除后，則閥門自行關(guān)閉。一回路系統(tǒng)由二條對稱的環(huán)路組成。每一條環(huán)路有一臺主冷卻劑泵和一臺蒸汽發(fā)生器。它們與跨接于兩條環(huán)路間的穩(wěn)壓器一起，對稱包圍布置在反應(yīng)堆的四周，反應(yīng)堆冷卻劑的流量為1800噸/時。在全功率時，蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生251的飽和蒸汽，壓力為3.92兆帕，在零功率時，產(chǎn)生278的飽和蒸汽，壓力為6.31兆帕。為了減少海洋條件對一回路的影響，將反應(yīng)堆布置在船體中心線上，將蒸汽發(fā)生器布置在船體中心線附近，而且反應(yīng)堆壓力容器，蒸汽發(fā)生器和主冷卻劑泵全是固定不動的。為了減少熱膨脹的影響，采用主冷卻劑系統(tǒng)管道補(bǔ)償方法，并盡量縮短主管道的長度，而且選用強(qiáng)

16、度較高的材料，主管道內(nèi)徑為203毫米，壁厚為14毫米。該系統(tǒng)布置的特點(diǎn)是各主要設(shè)備在安全殼內(nèi)呈分散狀態(tài)，依靠較長的主管道相連接，故稱為分散式布置。緊湊式布置下圖(1)為“北極”號破冰船一回路設(shè)備組成圖，圖(2)為“北極”號主冷卻系統(tǒng)的布置圖。圖(1)為“北極”號破冰船一回路設(shè)備組成圖圖(2)“北極”號主冷卻系統(tǒng)的布置圖該船整個動力裝置由兩個完全相同的獨(dú)立組構(gòu)成，總功率為55200千瓦。每一獨(dú)立組由一座反應(yīng)堆、四臺蒸汽發(fā)生器、四臺主冷卻劑泵以及穩(wěn)壓器（容積補(bǔ)償器）、離子交換過濾器、冷卻器等組成。蒸汽發(fā)生器為內(nèi)部裝有管束的圓柱體結(jié)構(gòu)、主冷卻劑泵為立式屏蔽密封離心泵。該裝置的蒸汽發(fā)生器、主冷卻劑泵和

17、穩(wěn)壓器均緊靠反應(yīng)堆四周布置，主管道非常短，形成緊湊式布置。一體化布置左圖為法國CAP反應(yīng)堆特點(diǎn)是形管蒸汽發(fā)生器、主冷卻劑泵與反應(yīng)堆壓力容器構(gòu)成整體的一體化型式。這種布置省去了主管道、壓力容器頂蓋和蒸汽發(fā)生器入口封頭。減少了一回路冷卻劑的流動阻力，提高了反應(yīng)堆冷卻劑的自然循環(huán)能力。冷卻劑從壓力容器法蘭側(cè)部的主冷卻劑泵送入堆芯，加熱后進(jìn)入蒸汽發(fā)生器管束，使二回路側(cè)產(chǎn)生飽和蒸汽，冷卻劑放熱后回到主冷卻劑泵吸入口。這種布置由于蒸汽發(fā)生器高于堆芯，加大了位差，并且一回路流阻較小，所以反應(yīng)堆冷卻劑具有較高的自然循環(huán)能力。這種回路即使在不用主冷卻劑泵運(yùn)行時，也可利用自然循環(huán)流動帶出額定功率的20%-30%.

18、一體化壓水堆布置緊湊，具有自然循環(huán)能力強(qiáng)、無大失水事故、造價低、建造周期短等優(yōu)點(diǎn)，是小型堆的發(fā)展方向之一。三、壓力安全系統(tǒng)壓水堆動力裝置主冷卻劑系統(tǒng)的壓力會因出現(xiàn)某種故障或外來干擾而迅速變化。壓力超過設(shè)計壓力，將使承壓部件和設(shè)備遭到破壞；壓力過低，會使堆芯出現(xiàn)超過熱工安全設(shè)計準(zhǔn)則。特別指出，主冷卻劑系統(tǒng)的名義壓力系指穩(wěn)壓器內(nèi)的工質(zhì)壓力而言。.1系統(tǒng)的流程壓力安全系統(tǒng)的流程圖圖為壓力安全系統(tǒng)的流程。主要設(shè)備為穩(wěn)壓器，它是一個高壓容器。穩(wěn)壓器內(nèi)部的冷卻劑為液相與蒸汽相共存狀態(tài)。在液相內(nèi)，裝有電加熱器，在蒸汽相中裝有向蒸汽相噴射冷卻劑的噴頭。另外還有安全閥和釋放閥等附屬裝置，當(dāng)穩(wěn)壓器內(nèi)壓力過大時，用

19、這些閥將冷卻劑排放到卸壓箱中。除此之外，還有壓力、液位、電加熱器功率等的顯示記錄裝置和電加熱器功率、噴霧流量的調(diào)節(jié)裝置。3.1 壓力安全系統(tǒng)所擔(dān)負(fù)的職能如下：在反應(yīng)堆裝置穩(wěn)態(tài)功率運(yùn)行時，維持主冷卻劑系統(tǒng)壓力為所要求的運(yùn)行壓力；當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷變化時，冷卻劑溫度隨之變化，主冷卻劑系統(tǒng)中冷卻劑體積也隨之變化，穩(wěn)壓器能充分吸收該體積的變化；在汽輪機(jī)負(fù)荷變化的過渡過程中溫度也隨之變化，穩(wěn)壓器可限制系統(tǒng)的壓力波動在允許范圍之內(nèi)；反應(yīng)堆啟動時，按主冷卻劑系統(tǒng)升溫升壓的要求，用穩(wěn)壓器將主冷卻劑系統(tǒng)的壓力從常壓提高到工作壓力。停堆時，按降溫降壓要求，使主冷卻劑系統(tǒng)壓力降下來；用以排除主冷卻劑系統(tǒng)中的某些有害氣體（

20、裂變氣體）。3.2 壓力安全系統(tǒng)的工作原理穩(wěn)壓器典型結(jié)構(gòu)穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)有壓力補(bǔ)償器和電加熱式穩(wěn)壓器，但目前多數(shù)反應(yīng)堆用立式圓筒型蒸汽穩(wěn)壓器。在俄羅斯多用氣體容積補(bǔ)償器，圖為日本“陸奧”號所用的穩(wěn)壓器。它是兩端帶有橢圓球封頭的圓柱體耐壓容器，由殼體、電加熱器、噴淋管及波動管等部分構(gòu)成。在穩(wěn)壓器的底部裝有波動管與主冷卻劑系統(tǒng)的熱管段相連。由于波動流入的水與穩(wěn)壓器內(nèi)的水有一定的溫度差，會使器壁與電加熱器保護(hù)管產(chǎn)生熱應(yīng)力，所以當(dāng)有波動流入時，為了保護(hù)器壁和電加熱器保護(hù)管，在內(nèi)部裝有波動流入導(dǎo)向裝置，使流入水與穩(wěn)壓器內(nèi)的水迅速混合。穩(wěn)壓器內(nèi)的水由裝在底部的電加熱器進(jìn)行加熱，保持蒸汽相的壓力。為了防止搖擺時

21、電加熱器露出水面，電熱元件全部布置在底部中間位置，且立式安裝。另外在低水位時可以迅速切斷電源，以防電加熱元件燒毀。電加熱器的總功率為130千瓦，分為八組，每單元組用三相440伏電源供電。穩(wěn)壓器上部裝有噴淋噴頭，用噴淋管與主冷卻劑系統(tǒng)冷管段相連。當(dāng)穩(wěn)壓器內(nèi)壓力升高超過規(guī)定值時，由噴頭噴入冷卻劑，將穩(wěn)壓器內(nèi)的部分蒸汽冷凝，使其壓力降至規(guī)定值。為了減少噴淋時的熱應(yīng)力，噴頭平時有少量的冷卻劑流過。在穩(wěn)壓器上部設(shè)有人孔，它可以對噴頭進(jìn)行檢修和更換。除此之外，還有安裝安全閥、釋放閥的接嘴及放空氣旋塞等。穩(wěn)壓器用底部的波動管與反應(yīng)堆出口主管道相連，用噴霧管與反應(yīng)堆入口主管道相連。 壓力調(diào)節(jié)原理在正常穩(wěn)態(tài)功率

22、運(yùn)行時，為了將主冷卻劑系統(tǒng)壓力維持在所要求的運(yùn)行壓力范圍，由內(nèi)部的某些電加熱器加熱，以補(bǔ)充向外界的散熱，從而將蒸汽相的溫度保持在相應(yīng)壓力下的飽和溫度。但是，這些電熱器沒有追隨由于冷卻劑膨脹或收縮體積波動的能力。為了完成2和3的職能，穩(wěn)壓器的動作如下：當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷減少時，冷卻劑的平均溫度增加，體積膨脹，冷卻劑通過波動管流入穩(wěn)壓器，壓縮蒸汽相部分。如果此時主冷卻劑系統(tǒng)壓力過大，打開噴霧管的壓力控制閥，用比蒸汽相溫度低的冷卻劑向蒸汽相噴霧，冷凝一部分蒸汽而吸收壓力波動。當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷增加時，冷卻劑的平均溫度降低，體積收縮，冷卻劑通過穩(wěn)壓器底部的波動管從下部流出穩(wěn)壓器。此時，由于穩(wěn)壓器內(nèi)壓力降低，一部分

23、液相水被蒸發(fā)達(dá)到熱平衡。穩(wěn)壓器的設(shè)計應(yīng)將此壓力保持在最低允許值以上，此時為了加速液相水的蒸發(fā)，可以使用不同組的電加熱器，以提高蒸汽空間的壓力，從而使冷卻劑的工作壓力回升。四、水質(zhì)控制系統(tǒng)4.1 水質(zhì)控制系統(tǒng)綜述輕水型反應(yīng)堆裝置是用高純度脫鹽水作為慢化劑和冷卻劑。它的工作條件極其惡劣。處在高溫、高壓、高速流動、高熱通量及高中子通量輻照條件下工作。水在高輻照下會電離分解產(chǎn)生游離氧，加速設(shè)備的腐蝕。水質(zhì)不合規(guī)定會使傳熱表面結(jié)垢，影響傳熱效率，同時會使設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。特別是氯離子含量增大，會使不銹鋼設(shè)備產(chǎn)生不允許的應(yīng)力腐蝕，影響裝置正常運(yùn)行和使用壽命。腐蝕產(chǎn)物在設(shè)備中沉積會影響設(shè)備工作的可靠性，同時

24、腐蝕產(chǎn)物受照射而活化，增大裝置的放射性水平。因此，控制反應(yīng)堆裝置的水質(zhì)是十分重要的問題。反應(yīng)堆裝置中控制水質(zhì)的方法通常采用過濾器除去顆粒狀雜質(zhì)。過濾器形式很多，已見用于壓水堆一回路中的有疊層不銹鋼片及燒結(jié)尼龍或燒結(jié)不銹鋼做成的微孔過濾元件制成的過濾器。另外還可采用電磁過濾器以除去有磁性固體顆粒雜質(zhì)，一般要求過濾器過濾顆粒直徑為25微米，特殊要求的地方可達(dá)5微米。還采用樹脂床離子交換器除去離子狀雜質(zhì)。向介質(zhì)中添加化學(xué)物品調(diào)整值，減少水中含氧量，從而減少介質(zhì)對材料的腐蝕率。在一回路裝置中設(shè)有冷卻劑凈化系統(tǒng)、化學(xué)物添加系統(tǒng)和取樣系統(tǒng)。我們把這些與控制水質(zhì)有關(guān)的系統(tǒng)通稱為水質(zhì)控制系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計思想不同

25、，這些系統(tǒng)可以單獨(dú)設(shè)立，也可與其它系統(tǒng)合并為一個共用系統(tǒng)，但控制水質(zhì)的任務(wù)必須完成。4.2 凈化系統(tǒng)凈化系統(tǒng)的型式有高壓凈化及低壓凈化兩類。高壓凈化系統(tǒng)的工作壓力與主冷卻劑系統(tǒng)的壓力基本相同。低壓凈化系統(tǒng)是將離子交換器的入口壓力減壓到較低壓力或常壓。 高壓凈化系統(tǒng)圖所示為高壓凈化系統(tǒng)。該冷卻劑凈化系統(tǒng)提供兩種冷卻劑凈化手段機(jī)械過濾和離子交換。冷卻劑由主冷卻劑系統(tǒng)的主冷卻劑泵出口（高壓管段）引出，經(jīng)再生熱交換器一次冷卻，再經(jīng)非再生熱交換器二次冷卻到離子交換器樹脂工作溫度（不大于50）。冷卻劑在流過機(jī)械過濾器時，不可溶性的雜質(zhì)則被活性炭吸附，然后在離子交換器樹脂層中進(jìn)行離子交換反應(yīng)，其中可溶性的雜

26、質(zhì)則被樹脂吸收。已去離子的冷卻劑從交換器流出，經(jīng)再生熱200左右進(jìn)入主冷卻劑泵的吸入口管段。工作失效的樹脂由液體更換樹脂的管道用水沖洗到廢物處理系統(tǒng)。高壓凈化系統(tǒng)流程簡單、設(shè)備少、布置緊湊、不需另外設(shè)置輔助泵，但設(shè)備均要求能承受高壓，因而制造成本較高。該系統(tǒng)多用于對設(shè)備空間要求嚴(yán)格的地方。 低壓凈化系統(tǒng)低壓凈化系統(tǒng)如圖所示。該系統(tǒng)為“陸奧”號所采用。特點(diǎn)是凈化系統(tǒng)與容積控制系統(tǒng)及化學(xué)物添加系統(tǒng)合為一個共同系統(tǒng)。冷卻劑循環(huán)是用充填泵進(jìn)行的。該系統(tǒng)的冷卻劑從二號環(huán)路主冷卻劑泵的吸入側(cè)抽出，經(jīng)再生熱交換器冷卻，用減壓抽出閥將冷卻劑壓力由10.78兆帕減至1.47兆帕，該閥可控制抽出流量。當(dāng)冷卻劑經(jīng)停

27、堆冷卻系統(tǒng)的停堆冷卻器冷卻到所要求的溫度后，通向反應(yīng)堆輔機(jī)艙內(nèi)的離子交換器進(jìn)行凈化，再經(jīng)冷卻劑過濾器進(jìn)入反應(yīng)堆艙內(nèi)的體積控制波動箱，冷卻劑由充填泵加壓，在再生式熱交換器中加熱后，返回二號環(huán)路主冷卻劑泵的出口側(cè)。五、化學(xué)物添加系統(tǒng)化學(xué)物添加系統(tǒng)用于向主冷卻劑系統(tǒng)中添加聯(lián)氨、PH控制劑及氫氣。目的是除去和減少冷卻劑中的溶解氧和水電離輻照分解的氧，抑制介質(zhì)對設(shè)備、管系材料的腐蝕。通常在高溫狀態(tài)下除氧用氫氣，低溫狀態(tài)下除氧用聯(lián)氨船用化學(xué)物添加系統(tǒng)如圖所示。它與容積控制凈化系統(tǒng)公用。系統(tǒng)中設(shè)有聯(lián)氨箱，化學(xué)物用充填泵向主冷卻劑系統(tǒng)中添加。氫氣由容積控制箱加入冷卻劑中。在容積控制箱上接一組可調(diào)整壓力的氫氣瓶

28、，使容積控制箱水面上覆蓋著一定壓力的氫氣，溶入冷卻劑的氫氣不斷隨冷卻劑凈化流進(jìn)入主冷卻劑系統(tǒng)中?；瘜W(xué)物添加系統(tǒng)圖聯(lián)氨除氧聯(lián)氨除氧是化學(xué)除氧的一種，在反應(yīng)堆冷啟動時或反應(yīng)堆停堆后添加聯(lián)氨用以去除水中的氧，以防腐蝕。添加氫氣在反應(yīng)堆運(yùn)行期間需要不斷向主冷卻劑系統(tǒng)中補(bǔ)充水，由于補(bǔ)水中有溶解氧，故使主冷卻劑系統(tǒng)中氧含量逐漸增多。另外，作為冷卻劑的水在放射性輻照下會發(fā)生分解而生成氧，也促使主冷卻劑系統(tǒng)中氧含量增多。由于反應(yīng)堆內(nèi)具有放射性，因此在運(yùn)行時處理的方法就與一般方法不同，不能使用常規(guī)動力裝置中所常使用的添加劑。這時，為了在運(yùn)行中去除一回路中的氧，通常向回路中添加氫氣或氨。六、水質(zhì)監(jiān)測取樣系統(tǒng)該系統(tǒng)

29、用于在反應(yīng)堆整個運(yùn)行期間及時真實地取出反應(yīng)堆主冷卻劑系統(tǒng)及有關(guān)輔助系統(tǒng)的液體和氣體樣品，供對一回路水質(zhì)分析用，以便通過分析結(jié)果，監(jiān)測裝置運(yùn)行情況，指導(dǎo)運(yùn)行操作。所以說取樣系統(tǒng)是裝置水化學(xué)運(yùn)行操作中的耳目。對該系統(tǒng)操作是否嚴(yán)格遵守規(guī)程，發(fā)現(xiàn)問題能否及時采取必要措施，一定程度上關(guān)系到裝置能否正常安全地運(yùn)行?！瓣憡W”號所用取樣系統(tǒng)圖下面以“陸奧”號所用一回路取樣系統(tǒng)為例，介紹取樣系統(tǒng)的流程。該系統(tǒng)由主取樣冷卻器、泄放取樣冷卻器、延時盤管、取樣泵及氫氣分析器等所組成。主取樣冷卻器可將高溫高壓的冷卻劑冷卻到100，并收容在取樣瓶內(nèi)，使在大氣壓下不會閃發(fā)。泄放取樣冷卻器是將泄放水冷卻到100，使在取樣口處

30、不產(chǎn)生閃發(fā)。延時盤管是使水樣和氣樣在流路中滯留足夠的時間，使及其它一些短半衰期的放射性同位素充分衰變，將取樣室內(nèi)的放射性水平降到非常低的程度。系統(tǒng)中設(shè)有作為氫氣分析器的自動氣體分析器及氣體分析器。自動氣體分析器用以自動測定漏入安全殼、反應(yīng)堆艙室和反應(yīng)堆輔機(jī)艙室中的氫氣。氣體分析器用以測定來自排出箱、疏水箱、中放箱、容積控制波動箱等氣部分的氣樣和冷卻劑水樣中的氫氣濃度。七、輔助水系統(tǒng)為了保證主冷卻劑系統(tǒng)各種工況下的正常運(yùn)行，設(shè)置了設(shè)備冷卻水系統(tǒng)、補(bǔ)給水系統(tǒng)、一次屏蔽水系統(tǒng)、換料充排水系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)統(tǒng)稱為輔助水系統(tǒng)。下面分別加以介紹。7.1 設(shè)備冷卻水系統(tǒng)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的功用是向一回路各所需冷卻

31、的設(shè)備供給冷卻水。為了防止海水直接與一回路各設(shè)備接觸，防止帶放射性物質(zhì)進(jìn)入海水而污染環(huán)境，因此設(shè)備冷卻水為中間閉式冷卻系統(tǒng)。它介于一回路系統(tǒng)與海水系統(tǒng)之間。系統(tǒng)中的冷卻水為除鹽水（淡水）。典型設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的流程如圖所示。它由設(shè)備冷卻水熱交換器、設(shè)備冷卻水泵、設(shè)備冷卻水波動箱、輔助海水泵等構(gòu)成。設(shè)備冷卻水用設(shè)備冷卻水泵循環(huán)，流過設(shè)備冷卻水熱交換器殼側(cè)，被海水冷卻后送往各需冷卻設(shè)備，然后再返回?zé)峤粨Q器，如此構(gòu)成一個閉式的中間冷卻回路。海水是用海水泵循環(huán)。為了防止海水漏入熱交換器中，淡水側(cè)的水壓應(yīng)高于海水側(cè)。在設(shè)備冷卻水系統(tǒng)熱負(fù)荷有變化時，設(shè)備冷卻水溫度隨之變化，由此引起的冷卻水體積的變化則由設(shè)備

32、冷卻水波動箱補(bǔ)償。當(dāng)波動箱水壓降低時，可自動從一回路補(bǔ)給水系統(tǒng)向該系統(tǒng)補(bǔ)給水。為了減少介質(zhì)對系統(tǒng)的腐蝕，可向波動箱投放重鉻酸鉀緩蝕劑。7.2 補(bǔ)給水系統(tǒng)補(bǔ)水的來源根據(jù)規(guī)劃，各動力裝置的設(shè)計可不相同，如陸上核電站和“奧托漢”核船，一回路補(bǔ)水與二回路用水的水質(zhì)準(zhǔn)標(biāo)相同，因此可使用二回路冷凝器脫氣的冷凝水?！瓣憡W”號是用脫氣除鹽水作為補(bǔ)水，因此在補(bǔ)水系統(tǒng)中另外設(shè)置離子交換器，用經(jīng)處理后的水作為補(bǔ)水?！瓣憡W”號補(bǔ)水系統(tǒng)原則線圖如圖所示。該系統(tǒng)是由補(bǔ)水冷卻器、補(bǔ)水泵、補(bǔ)水調(diào)壓箱及再生式離子交換器構(gòu)成。其職能是將來自二回路經(jīng)除氧后的給水供給容積控制系統(tǒng)、取樣系統(tǒng)、設(shè)備冷卻水系統(tǒng)等用戶。補(bǔ)水冷卻器用海水冷卻

33、，來自二回路的除氧補(bǔ)給水被冷卻后，用泵送往離子交換器進(jìn)一步除鹽。為了防止海水向除鹽水側(cè)漏泄，補(bǔ)水側(cè)的運(yùn)行壓力為0.2兆帕，而海水側(cè)的壓力為0.15兆帕。在補(bǔ)水泵出口裝有調(diào)壓箱，用以調(diào)整泵壓力的變化及暫時貯存補(bǔ)水。為了防止氧氣重新返入補(bǔ)水中，調(diào)壓箱為膜封式，并用控制系統(tǒng)用的空氣調(diào)壓。另外，在離子交換器入口設(shè)有溫度控制的轉(zhuǎn)換閥，當(dāng)水溫增高時，自動將高溫水返回冷卻器入口，保證交換器可靠工作。交換器以后的管道材料，均采用不銹鋼。7.3 其它輔助水系統(tǒng)除上述輔助水系統(tǒng)外，根據(jù)裝置設(shè)計的不同，尚有換料充排水系統(tǒng)、一次屏蔽水系統(tǒng)，核電站中還有廢燃料池冷卻和純化系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)有的單獨(dú)成立系統(tǒng)，有的是由其它系

34、統(tǒng)承擔(dān)其任務(wù)而不單設(shè)。一次屏蔽水系統(tǒng)的功用是為反應(yīng)堆的一次屏蔽水箱充水、排水、冷卻及補(bǔ)充水的損耗、向一次屏蔽水中添加緩蝕劑以及處理由于輻照分解產(chǎn)生的氫氣以防止爆炸等。圖為一次屏蔽水系統(tǒng)的原則線圖。換料充排水系統(tǒng)的功用是向換料所用的臨時屏蔽水套充水和排水。換料充排水系統(tǒng)是在更換燃料時使用。由于廢燃料中積累了大量裂變產(chǎn)物，加上壓力殼及堆內(nèi)構(gòu)件的被活化，則在反應(yīng)堆周圍及元件本身都是具有極強(qiáng)的放射性，同時其衰變熱也很大。因此在換料時必須采取措施以便屏蔽放射性及去除衰變熱。通常采取的措施就是在換料時臨時裝上屏蔽水套，以保證工作人員的安全和防止燃料元件的燒壞。換料充排水系統(tǒng)就是用以向屏蔽水套充水和排水，以

35、便除去堆芯的衰變熱。為了簡化裝置，該系統(tǒng)常借用其它系統(tǒng)來完成其任務(wù)。八、工程安全設(shè)施對于壓水堆裝置，由于在高溫、高壓、強(qiáng)放射性情況下工作，一旦發(fā)生重大事故，危害嚴(yán)重。因此，核動力裝置安全是設(shè)計、制造、安裝和運(yùn)行中的一個極其重要的問題。壓水堆裝置的工程安全設(shè)施包括余熱及危急冷卻系統(tǒng)、安全注射系統(tǒng)、堆艙（安全殼）噴淋系統(tǒng)及堆艙（安全殼）通風(fēng)及溫調(diào)系統(tǒng)等。工程安全設(shè)施中最典型的當(dāng)為安全注射系統(tǒng)和安全噴淋系統(tǒng)安全注射系統(tǒng)又叫應(yīng)急堆芯注水系統(tǒng)。在某些事故工況下，例如失水、停泵、斷電及主蒸汽發(fā)生器管道破裂時，向反應(yīng)堆堆芯應(yīng)急充填和補(bǔ)給冷卻水，以除去衰變熱，防止堆芯燒毀。圖為“陸奧”號采用的安全注射及安全噴

36、淋系統(tǒng)的原理圖。當(dāng)主冷卻劑系統(tǒng)破斷時，穩(wěn)壓器的水位降低，壓力也同時降低，并發(fā)出應(yīng)急堆芯注水信號，同時可啟動兩臺應(yīng)急堆芯注水泵中的一臺，補(bǔ)給水泵兩臺（或補(bǔ)給水泵一臺，應(yīng)急衰變熱除去泵一臺）。在小失水事故時，由于破口小，壓力降落緩慢，故是在高壓下注水，此時可啟動充填泵（2立方米小時），由容積控制系統(tǒng)向容積控制波動箱中注水。中等失水事故時，壓力為中等程度，用補(bǔ)給水泵（小時）或非常用水箱的水，用應(yīng)急衰變熱除去泵向堆芯注水。大失水事故時，冷卻劑流出速度大，壓力降低得也快，是在低壓下注水，此時將一次屏蔽箱內(nèi)的水用應(yīng)急堆芯注水泵（100立方米小時）向堆芯注水。根據(jù)安全注射信號和堆艙（安全殼）內(nèi)壓力升高信號的