壓水堆核電廠的運(yùn)行論文

1、壓水堆核電廠的運(yùn)行 課程論文題 目：AP1000核電廠與二代壓水堆核電廠主 泵運(yùn)行的比較 學(xué) 號：姓 名：班 級： 專 業(yè)： 2012年11月AP1000核電廠與二代壓水堆核電廠主泵運(yùn)行的比較摘要：綜合介紹美國西屋公司第三代先進(jìn)壓水堆AP1000屏蔽式電動主泵以及現(xiàn)代壓水堆核電廠使用最廣泛的冷卻劑泵軸密封泵。通過對屏蔽式電動主泵和軸封泵功能及機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的介紹,分析比較AP1000核電廠與二代壓水堆核電廠主泵的運(yùn)行。關(guān)鍵詞：壓水堆核電站 AP1000 屏蔽式電動主泵 軸封泵 二代壓水堆 主泵運(yùn)行 比較Abstract: The synthesis of the U.S. Westinghous

2、e third generation of advanced pressurized water reactor AP1000 shielded electric main pump as well as a modern pressurized water reactor nuclear power plant is the most widely used coolant pumps - shaft seal pump. Introduced by shielded electric main pump and shaft seal pump function and mechanical

3、 structures, analysis of the AP1000 nuclear power plant and the second-generation PWR nuclear power factory owners pump running.Keywords: PWR AP1000 The shielded electric main pump Seal pumps The running of main pump Compare前言：核電與水電、火電并稱為世界電力的三大支柱。為了實現(xiàn)我國核電中長期發(fā)展規(guī)劃, 順應(yīng)世界核電技術(shù)進(jìn)步的潮流, 國家做出了以全面技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式引進(jìn)建設(shè)浙江

4、三門、山東海陽核電示范工程的重大決策。美國西屋公司開發(fā)的AP1000先進(jìn)非能動型壓水堆屬于第三代先進(jìn)壓水反應(yīng)堆, 其電廠凈輸出功率約1117MW。AP1000設(shè)計強(qiáng)調(diào)采用技術(shù)成熟的部件, 確保在低維護(hù)要求的前提下獲取高度可靠性川, 其中, 反應(yīng)堆冷卻劑主循環(huán)泵以下簡稱主泵采用的是美國電氣機(jī)械公司設(shè)計的屏蔽式電動泵,它是一回路系統(tǒng)中唯一的旋轉(zhuǎn)設(shè)備,是核島的心臟, 屬于核安全一級設(shè)備, 是壓水堆核電站的關(guān)鍵設(shè)備之一。然而，二代壓水堆核電廠使用最廣泛的冷卻劑泵是立式、單級、軸密封泵。 AP1000反應(yīng)堆冷卻劑泵簡介AP1000反應(yīng)堆的冷卻劑泵(以下簡稱主泵)是單級、全密封、高慣量離心式屏蔽泵，用來輸

5、送高壓、高溫、大流量的反應(yīng)堆冷卻劑。圖l為主泵結(jié)構(gòu)圖。表l給出了主泵的沒汁參數(shù)。每臺主泵直接連接到蒸汽發(fā)生器下封頭的兩個出口接管的其中一個上。兩臺主泵分別同向吊在蒸汽發(fā)生器下。泵的吸入口構(gòu)成蒸汽發(fā)生器下封頭的一部分，以限制冷卻劑環(huán)路過渡段的長度、減小環(huán)路壓降、簡化蒸汽發(fā)生器、主泵和管道的基礎(chǔ)和支撐系統(tǒng)，并日在出現(xiàn)小破口失水事故期間，不需要密封回路就能消除堆芯裸露。屏蔽泵的電動機(jī)和所有轉(zhuǎn)動部件都裝在承壓殼內(nèi)。泵的承壓殼由泵殼、(隔)熱屏、定子外殼和定子蓋等組成，設(shè)計這些部件來承受反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的全壓力。定子和轉(zhuǎn)子用耐腐蝕材料制成的屏蔽套包住，防止轉(zhuǎn)子線圈和定子繞組與反應(yīng)堆冷卻劑接觸。由于帶葉輪

6、和轉(zhuǎn)子的軸都包在壓力邊界內(nèi)，無需密封就能限制冷卻劑從泵漏入安全殼內(nèi)。在泵殼、定子法蘭和熱屏之間有密封墊和“C”形密封。這種結(jié)構(gòu)使屏蔽泵實現(xiàn)了無泄漏保護(hù)。屏蔽泵在軍用和商用核動力裝置中應(yīng)用已有安全、性能可靠的悠久歷史。主泵的驅(qū)動電動機(jī)為立式、水冷卻，帶有定、轉(zhuǎn)子屏蔽套的鼠籠感應(yīng)電動機(jī)。必要時，其設(shè)計為可以從殼體內(nèi)拆出進(jìn)行檢查、維護(hù)或更換。定子屏蔽套保護(hù)定子(繞組和絕緣)不與在電動機(jī)和軸承腔內(nèi)循環(huán)的反應(yīng)堆冷卻劑接觸。轉(zhuǎn)子屏蔽套將轉(zhuǎn)子的(銅)線棒與反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的水隔開，將線棒和硅鋼片脫開掉入其他區(qū)域的潛在危險減至最小。電動機(jī)由電動機(jī)設(shè)備冷卻水冷卻，設(shè)備冷卻水循環(huán)通過電動機(jī)殼外的水套和熱交換器。轉(zhuǎn)

7、子腔的冷卻劑循環(huán)通過外置熱交換器，是流量受控的反應(yīng)堆冷卻劑。轉(zhuǎn)子腔的冷卻劑被冷卻后，進(jìn)人轉(zhuǎn)子下端，軸向通過定、轉(zhuǎn)子屏蔽套之間的間隙，帶出定、轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的熱量。 屏蔽電機(jī)泵結(jié)構(gòu)特點:1、泵的葉輪和電機(jī)轉(zhuǎn)子連成一體2、密封殼體3、殼體外以設(shè)冷水冷卻4、屏蔽電機(jī)轉(zhuǎn)子浸水 在所有運(yùn)行模式下，每臺主泵由一臺可變頻的驅(qū)動器驅(qū)動。當(dāng)反應(yīng)堆冷卻劑處于冷態(tài)時，可變頻的驅(qū)動器使這些主泵能夠低速啟動和運(yùn)轉(zhuǎn)，這就減小了電動機(jī)所需的尺寸?？勺冾l的驅(qū)動器還將50Hz的電網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換成60Hz電源驅(qū)動主泵運(yùn)行?？勺冾l的驅(qū)動器由隔離的變頻器、功率轉(zhuǎn)換器、冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。功率轉(zhuǎn)換器由在幾毫秒內(nèi)能投入運(yùn)行的完全冗余的旁路控制

8、。根據(jù)最終設(shè)計，允許23個電池失效，可變頻的驅(qū)動器仍然能提供主泵全速運(yùn)行所需的電壓。以往的運(yùn)行經(jīng)驗顯示，電池的可靠I生非常高，即使電池出現(xiàn)故障，可變頻的驅(qū)動器仍可繼續(xù)丁作。主泵裝備了能連續(xù)監(jiān)測主泵結(jié)構(gòu)(機(jī)座)振動的振動監(jiān)測系統(tǒng)。 坐標(biāo)監(jiān)測得出主泵振動數(shù)據(jù)。數(shù)字顯示設(shè)備包括報警、高振動水平報警以及分析儀的輸出等。運(yùn)行反應(yīng)堆冷卻劑由主葉輪輸送。冷卻劑通過葉輪吸入孔進(jìn)入，再經(jīng)過導(dǎo)(擴(kuò)壓器)排出到泵殼側(cè)面的徑向排出管。一旦電動機(jī)腔注滿冷卻劑后，密封葉輪和隔熱屏之間的軸四周的迷宮，將運(yùn)行時進(jìn)入電動機(jī)的冷卻劑流量減至最小。轉(zhuǎn)子軸下端的輔(助)葉輪使一股流量受控的冷卻劑通過電動機(jī)冷卻盤管循環(huán)。該冷卻劑由循環(huán)

9、通過安裝在泵上的外部換熱器中冷卻盤管四周的沒備冷卻水冷卻到大約65.6。被冷卻后的反應(yīng)堆冷卻劑通過定、轉(zhuǎn)子屏蔽套之間的環(huán)形通道，在此通道內(nèi)帶出轉(zhuǎn)子和定子產(chǎn)生的熱量，并潤滑電動機(jī)的流體動壓軸承。流過定子水套的不大的設(shè)備冷卻水流量還帶走電動機(jī)的熱量。AP1000設(shè)計上不允許所有主泵在低功率水平運(yùn)行。在正常功率運(yùn)行期間，如果一臺主泵出現(xiàn)故障，電站將停運(yùn)；如果電站處于啟動或低于功率水平閾值下運(yùn)行，反應(yīng)堆不會出現(xiàn)自動緊急停堆。在這種睛況下，應(yīng)用變頻器把3臺運(yùn)行著的主泵的轉(zhuǎn)速降低到失效的那臺主泵能夠重新啟動的那點的較低轉(zhuǎn)速。7 主泵的惰轉(zhuǎn)在反應(yīng)堆緊急停堆或全廠斷電后，堆冷卻劑繼續(xù)流動對反應(yīng)堆的保護(hù)極為重要

10、。為了提供流量，每臺主泵都有個高密度的飛輪和高慣量的轉(zhuǎn)子。在惰轉(zhuǎn)期間，利用泵、電動機(jī)和飛輪的轉(zhuǎn)動慣量來延續(xù)反應(yīng)堆冷卻劑流量。主泵設(shè)計要能承受安全停堆地震(safe shutdownearthquake)。即使發(fā)生廠外和廠內(nèi)電源斷失事故并伴隨安全停堆地震，也能夠維持主泵的惰轉(zhuǎn)能力。惰轉(zhuǎn)期間所需的主泵隋轉(zhuǎn)流量如表3所示。主泵的測點見表4。 二代壓水堆核電廠軸封泵簡介總體結(jié)構(gòu)：1)水力機(jī)械部分2)電機(jī)部分3)軸封組件優(yōu)點： 采用常規(guī)的鼠籠式感應(yīng)電機(jī)，成本降低，效率提高，比屏蔽泵效率高10%20%；電機(jī)部分可以裝一只很重的飛輪，提高了泵的惰轉(zhuǎn)性能，從而提高了全廠斷電事故時反 應(yīng)堆的安全性；軸密封技術(shù)同

11、樣可以嚴(yán)格控制泄漏量；維修方便，軸密封結(jié)構(gòu)的更換僅需10個小時左右。 水力機(jī)械部分： 泵殼、葉輪、吸入導(dǎo)流管和擴(kuò)壓器、泵軸承及熱屏組件（1）泵殼 包容并支撐著泵的水力部件，是反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力邊界的一部分。泵殼是一個 外形呈準(zhǔn)球狀的不銹鋼鑄件，其出入口接管 焊接在一回路系統(tǒng)管道上。冷卻劑從泵殼底 部沿葉輪軸線流入，向上經(jīng)導(dǎo)流管進(jìn)入葉 輪。通過葉輪后的冷卻劑經(jīng)擴(kuò)散器后通過與 葉輪成切線方向的出口接管排出。（2）葉輪 葉輪由不銹鋼鑄成，有七個葉片，用熱裝和加鍵固定在泵軸的下端，并在軸端用 螺母鎖緊。葉輪是泵的核心部件。靠葉輪 的旋轉(zhuǎn)使流體獲取能量。 （3）吸入導(dǎo)流管和擴(kuò)壓器吸入導(dǎo)流管是一個不銹鋼

12、圓筒，用螺栓固定在泵殼的內(nèi)側(cè)，把吸入流體引進(jìn)葉輪中心。擴(kuò)壓器由不銹鋼鑄造而成，它有12個導(dǎo)葉，位于葉輪外側(cè)。擴(kuò)壓器的作用是降低在 擴(kuò)壓葉片之間的延伸流道中的流體流速。把 流體的速度頭轉(zhuǎn)換成靜壓頭。（4）泵軸承泵徑向軸承為泵軸提供徑向支撐和對中。它由斯太立合金堆焊的不銹鋼軸頸和石 墨環(huán)構(gòu)成的套筒組成，用水潤滑和冷卻。使 通過軸承的水保持低溫是重要的，因為高溫會破壞石墨環(huán)并使軸承損壞。所用的軸承冷卻水是化容系統(tǒng)的軸封注入水的一部分。 電機(jī)部分：驅(qū)動反應(yīng)堆冷卻劑泵的電動機(jī)是立式、鼠籠、單速三相感應(yīng)式，采用防滴結(jié)構(gòu)(設(shè)有電機(jī)繞組電加熱器，停運(yùn)后加熱器自動 啟動，防止受潮)，由空氣冷卻，而空氣由兩臺熱交

13、換器用設(shè)備冷卻水冷卻。組成：軸承、飛輪、防逆轉(zhuǎn)裝置、電動機(jī)定子空氣冷卻器軸封組件： 位于泵水力機(jī)械部分和電機(jī)之間，作用：保證在電廠正常運(yùn)行期間從反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)沿主泵泵 軸向安全殼氣空間的反應(yīng)堆冷卻劑泄漏量基本為零。三級密封：自下而上依次稱為1號、2號、3號密封1號密封位于泵軸承上方，它是密封組件中最重要的部件，又稱主密封。壓降約15.4MPa，泄漏量維0.7m3/h2號密封的主要作用是阻擋1號密封的泄漏，將其導(dǎo)向化容系統(tǒng)。它作為1號密封損壞時的備用密封，在1號密封失效時，承受 全部運(yùn)行壓力，維持一段時間（30分鐘） 以便停運(yùn)反應(yīng)堆冷卻劑泵。壓降約0.35MPa，泄漏量維0.0076m3/h。

14、 3號密封是一個具有摩擦面的雙側(cè)型密封， 作用是將2號密封的泄漏引導(dǎo)到疏水箱（屬于排氣疏水系統(tǒng)，廢物處理系統(tǒng)之一）。軸封泵的運(yùn)行反應(yīng)堆冷卻劑泵啟動的條件：1、有關(guān)的支持系統(tǒng):(1)化容系統(tǒng)提供1.8 m3/h的軸封水；(2)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)向電機(jī)的空氣冷卻器和油冷卻器提供冷卻水；(3)反應(yīng)堆硼和水補(bǔ)給系統(tǒng)可用，以便（支持化容系統(tǒng)）向立管及3號軸封供水；(4)反應(yīng)堆冷卻劑泵電動機(jī)的電源是由非重要廠用電供給，供電須保證。2、對泵的要求:泵電機(jī)上下軸承的油位正常；2號密封下游立管的水位正常。3、對反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的要求:一回路的壓力大于2.3MPa時，主泵才能啟動，以保證1號密封靜、動環(huán)的分離。防止泵

15、發(fā)生汽蝕主泵的操作要點：主泵啟動前，需啟動頂軸油泵，油壓需高于4.2MPa；主泵啟動后50s頂軸油泵才能停運(yùn)。主泵停運(yùn)，須先啟動頂軸油泵。 結(jié)論：AP1000屏蔽式電動主泵保留了屏蔽泵的獨(dú)特優(yōu)點,克服和改進(jìn)了屏蔽泵的某些缺點, 提出了新穎的設(shè)計理念, 有其獨(dú)到之處:1、 屏蔽式主泵由于沒有旋轉(zhuǎn)軸的外伸部分, 不存在輸送液體外泄, 消除了因軸密封失效或全廠斷電事故工況下冷卻劑泄漏的潛在風(fēng)險, 大大提高了核電站的安全性。2、去掉了軸密封及相關(guān)輔助系統(tǒng), 簡化了機(jī)組運(yùn)行, 減少了泵的維修工作量, 例如沒有聯(lián)軸器,因此機(jī)組對中問題也不存在。3、消除了飛輪破裂引起的飛射物損壞安全殼內(nèi)其它設(shè)備的可能性。4、采用水潤滑軸承不采用油潤滑, 消除了油潤滑帶來的火災(zāi)隱患, 提高了核電廠的安全性。5、主泵直接與蒸發(fā)器下封頭聯(lián)接, 取消了主泵與蒸發(fā)器之間的冷卻劑主管道, 降低了環(huán)路壓降,簡化了泵的支承。6、軸向推力遠(yuǎn)小于軸封式泵, 頂軸系統(tǒng)被簡化或取消。另外, 所選用的主泵是專門為堆型量身設(shè)計的, 世界上至今還沒有如此大容量的屏蔽式主泵運(yùn)行的先例, 設(shè)計的完善性還有待時間的考驗。其功率大, 有惰轉(zhuǎn)要求, 對零部件的加工、焊接、裝配和軸承潤滑的要求極高, 而且必須在的試驗回路上進(jìn)行試驗, 在各種性能都滿足核電站要求后