第三章壓水堆核電廠

1、 1壓水堆核電廠壓水堆核電廠 2 31 1壓水堆以輕水作慢化劑及冷卻劑，反應(yīng)堆體積小，建設(shè)壓水堆以輕水作慢化劑及冷卻劑，反應(yīng)堆體積小，建設(shè)周期短造價(jià)較低。周期短造價(jià)較低。2 2壓水堆采用低富集度鈾作燃料，鈾的濃縮技術(shù)已經(jīng)過關(guān)。壓水堆采用低富集度鈾作燃料，鈾的濃縮技術(shù)已經(jīng)過關(guān)。3 3壓水堆核電廠有放射性的一回路系統(tǒng)與二回路系統(tǒng)相分壓水堆核電廠有放射性的一回路系統(tǒng)與二回路系統(tǒng)相分開，放射性冷卻劑不會(huì)進(jìn)入回路而污染汽輪機(jī)，運(yùn)行、開，放射性冷卻劑不會(huì)進(jìn)入回路而污染汽輪機(jī)，運(yùn)行、維護(hù)方便，需要處理的放射憚廢氣、廢水、廢物量較少。維護(hù)方便，需要處理的放射憚廢氣、廢水、廢物量較少。我國正在運(yùn)行的核電機(jī)組（除

2、秦山三期）全部為壓水堆堆型，我國正在運(yùn)行的核電機(jī)組（除秦山三期）全部為壓水堆堆型，作為一種技術(shù)相當(dāng)成熟的堆型，具有以下特點(diǎn)：作為一種技術(shù)相當(dāng)成熟的堆型，具有以下特點(diǎn)： 4 5本章將以大亞灣核電廠為例，詳細(xì)介紹本章將以大亞灣核電廠為例，詳細(xì)介紹壓水反應(yīng)堆本體結(jié)構(gòu)：壓水反應(yīng)堆本體結(jié)構(gòu)：堆芯組件：核燃料組件控制棒組件堆芯功能組件；堆芯組件：核燃料組件控制棒組件堆芯功能組件；堆內(nèi)構(gòu)件及其作用：上下支承組件，壓緊彈簧組件，導(dǎo)向管堆內(nèi)構(gòu)件及其作用：上下支承組件，壓緊彈簧組件，導(dǎo)向管反應(yīng)堆壓力容器的結(jié)構(gòu)、選材和運(yùn)行特點(diǎn)反應(yīng)堆壓力容器的結(jié)構(gòu)、選材和運(yùn)行特點(diǎn)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理；控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和

3、工作原理；堆內(nèi)測(cè)量支承結(jié)構(gòu)堆內(nèi)測(cè)量支承結(jié)構(gòu)安全殼結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)功能安全殼結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)功能 6 7堆芯設(shè)計(jì)滿足的一般要求：堆芯設(shè)計(jì)滿足的一般要求：1 1 堆芯功率分布盡量均勻，以便堆芯有最大的功率輸出堆芯功率分布盡量均勻，以便堆芯有最大的功率輸出2 2 盡量減少堆芯內(nèi)不必要的中子吸收材料，提高中子經(jīng)濟(jì)盡量減少堆芯內(nèi)不必要的中子吸收材料，提高中子經(jīng)濟(jì)性性3 3 要有最佳的冷卻劑流量分配和最小的流動(dòng)阻力要有最佳的冷卻劑流量分配和最小的流動(dòng)阻力4 4 有較長的堆芯壽命，適當(dāng)?shù)臏p少換料操作次數(shù)有較長的堆芯壽命，適當(dāng)?shù)臏p少換料操作次數(shù)5 5 堆芯結(jié)構(gòu)緊湊，換料要簡(jiǎn)易方便。堆芯結(jié)構(gòu)緊湊，換料要簡(jiǎn)易方便。 8 9

4、10 11 12 13核燃料組件核燃料組件棒束控制棒組件棒束控制棒組件可燃毒物組件可燃毒物組件中子源組件中子源組件阻力塞組件阻力塞組件 14采用無盒、帶指形控制組件的采用無盒、帶指形控制組件的棒束型燃料組件。棒束型燃料組件。主要結(jié)構(gòu)：燃料棒骨架主要結(jié)構(gòu)：燃料棒骨架 骨架（書）：上下管座，骨架（書）：上下管座，8 8 層定位格架，導(dǎo)向管層定位格架，導(dǎo)向管采用采用171717=289=264+24+1 17=289=264+24+1 正正方形排列。方形排列。 15 16結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成選材原則：限制燃料和包殼選材原則：限制燃料和包殼 的使用溫度的使用溫度包殼的作用以及選材特點(diǎn)包殼的作用以及選材特點(diǎn)

5、 機(jī)械強(qiáng)度；第一道屏障機(jī)械強(qiáng)度；第一道屏障 燃料芯塊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)燃料芯塊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鋯氫反應(yīng)？任何防止？鋯氫反應(yīng)？任何防止？1 21 2集氣空腔盒充填氣體作用：集氣空腔盒充填氣體作用： 軸向空腔和徑向間隙作用，軸向空腔和徑向間隙作用， 預(yù)沖壓氦氣技術(shù)作用預(yù)沖壓氦氣技術(shù)作用 17結(jié)構(gòu)尺寸：圓柱體形結(jié)構(gòu)尺寸：圓柱體形何謂何謂“環(huán)脊環(huán)脊” 現(xiàn)象現(xiàn)象為何采用碟形加倒角的為何采用碟形加倒角的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式如何防止輻照腫脹的破如何防止輻照腫脹的破壞：壞： 1 1碟形加倒角碟形加倒角 2 2制孔劑制孔劑芯塊密度的選擇芯塊密度的選擇 18 19材料：材料： 鋯鋯4 4 合金合金燃料元件包殼壁厚的選擇燃料元件包殼壁厚

6、的選擇 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 化學(xué)，腐蝕化學(xué)，腐蝕 一定的安全裕度一定的安全裕度NoImage 20定位格架定位格架控制棒導(dǎo)管控制棒導(dǎo)管中子通量測(cè)量導(dǎo)管中子通量測(cè)量導(dǎo)管上管座上管座下管座下管座 218 8 層定位格架的作用層定位格架的作用材料及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)材料及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)混流翼混流翼 22 23材料：鋯材料：鋯4 4合金合金作用：為控制棒插入抽出提供導(dǎo)向通道作用：為控制棒插入抽出提供導(dǎo)向通道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 錐形緩沖段，錐形緩沖段， 流水孔流水孔材料：鋯材料：鋯4 4合金合金作用：作用： 24 25 26結(jié)構(gòu)組成：結(jié)構(gòu)組成：2424跟吸收劑棒星形架跟吸收劑棒星形架組件數(shù)目保證：組件數(shù)目保證： 卡棒準(zhǔn)

7、則，功率卡棒準(zhǔn)則，功率分布，彈棒事故分布，彈棒事故 27 28結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：轂環(huán)，翼片，指形連接柄結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：轂環(huán)，翼片，指形連接柄 29 黑棒黑棒 灰棒灰棒 材料材料 銀銦鎘銀銦鎘 不銹鋼不銹鋼 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 二者相似二者相似黑棒束控制組件：黑棒束控制組件：2424根黑棒根黑棒灰棒束控制組件：灰棒束控制組件：8 8根黑棒根黑棒1616根灰棒根灰棒 30可燃毒物組件，初級(jí)中子源組件，次級(jí)中子源組件，可燃毒物組件，初級(jí)中子源組件，次級(jí)中子源組件，阻力塞組件阻力塞組件結(jié)構(gòu)上的共同點(diǎn)：結(jié)構(gòu)上的共同點(diǎn)： 支承結(jié)構(gòu)：一個(gè)壓緊組件形成的支承結(jié)構(gòu)支承結(jié)構(gòu)：一個(gè)壓緊組件形成的支承結(jié)構(gòu) 24 24 根棒束根棒束 31

8、軛板、彈簧導(dǎo)向筒、底板、內(nèi)外兩圈螺旋彈簧、軛板、彈簧導(dǎo)向筒、底板、內(nèi)外兩圈螺旋彈簧、銷釘銷釘304 304 不銹鋼材料不銹鋼材料 32作用：用于第一燃料循環(huán)，降低硼濃度，作用：用于第一燃料循環(huán)，降低硼濃度，半尺慢化劑的半尺慢化劑的負(fù)溫度系數(shù)負(fù)溫度系數(shù)可燃毒物材料：硼玻璃管（可燃毒物材料：硼玻璃管（B B2 2O O3 3+SiO+SiO2 2）初裝料：初裝料：484812(12(棒棒) )181816(16(棒棒)+2)+216=89616=896第一次換料時(shí)全部卸出，換阻力塞組件第一次換料時(shí)全部卸出，換阻力塞組件 33作用：作用： 1 1 提高中子通量水平提高中子通量水平 2 2 點(diǎn)火點(diǎn)火初

9、級(jí)中子源初級(jí)中子源 結(jié)構(gòu)與材料：锎結(jié)構(gòu)與材料：锎 初裝料情況初裝料情況次級(jí)中子源次級(jí)中子源 結(jié)構(gòu)與材料：銻、鈹結(jié)構(gòu)與材料：銻、鈹 初裝料情況初裝料情況 34作用：作用：304304不銹鋼材料不銹鋼材料初裝料情況初裝料情況前述各種堆芯相關(guān)組件都含有前述各種堆芯相關(guān)組件都含有中子源組件，只有阻力塞中子源組件，只有阻力塞組件全部是阻力塞組件組件全部是阻力塞組件 35核燃料組件控制棒組件堆芯相關(guān)組件核燃料組件控制棒組件堆芯相關(guān)組件 核燃料組件：燃料元件棒骨架結(jié)構(gòu)核燃料組件：燃料元件棒骨架結(jié)構(gòu) 燃料元件棒：燃料芯塊，包殼，端塞，壓緊彈簧燃料元件棒：燃料芯塊，包殼，端塞，壓緊彈簧 骨架：上下管座，定位格架

10、，控制棒導(dǎo)管，中子測(cè)量骨架：上下管座，定位格架，控制棒導(dǎo)管，中子測(cè)量 控制棒組件控制棒組件：吸收劑棒星形架吸收劑棒星形架 吸收劑棒：黑棒，灰棒，結(jié)構(gòu)材料吸收劑棒：黑棒，灰棒，結(jié)構(gòu)材料 星形架：中心轂環(huán)，翼片，夾持指狀物星形架：中心轂環(huán)，翼片，夾持指狀物 36 堆芯相關(guān)組件：堆芯相關(guān)組件：可燃毒物棒組件，中子源組件，阻力塞組件 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 壓緊組件壓緊組件2424根棒束根棒束可燃毒物組件：作用，可燃毒物組件：作用， 材料材料中子源組件：中子源組件： 初級(jí)中子源次級(jí)中子源，作用，材料初級(jí)中子源次級(jí)中子源，作用，材料阻力塞組件阻力塞組件; ; 作用，材料作用，材料 37 38reactor ves

11、sel reactor vessel core barrelcore barrelfuel assembly/element fuel assembly/element thermal shieldthermal shieldbafflebaffleformerformerhold down springhold down springgrid assemblygrid assembly 39Top/bottom nozzleTop/bottom nozzlecontrol rod guide tubecontrol rod guide tubedowncomerdowncomercontro

12、l rod drive mechanismscontrol rod drive mechanismsburnable/burnout poisonburnable/burnout poisonresistance plug resistance plug neutron sourceneutron sourcefuel cladfuel cladfuel pinfuel pin 40堆內(nèi)構(gòu)件包括：堆芯下部支承結(jié)構(gòu)，堆芯上部支承堆內(nèi)構(gòu)件包括：堆芯下部支承結(jié)構(gòu)，堆芯上部支承結(jié)構(gòu)，控制棒束導(dǎo)向管和壓緊彈簧組成。結(jié)構(gòu)，控制棒束導(dǎo)向管和壓緊彈簧組成。功能：功能： 1 1 為冷卻劑提供流道為冷卻劑提供流道

13、2 2 為壓力容器提供屏蔽為壓力容器提供屏蔽3 3 為燃料組件提供支承和壓緊為燃料組件提供支承和壓緊4 4 固定監(jiān)督用的輻照樣品固定監(jiān)督用的輻照樣品5 5 為棒束控制組件和傳動(dòng)軸以及上下堆芯測(cè)量裝置提供機(jī)械導(dǎo)向?yàn)榘羰刂平M件和傳動(dòng)軸以及上下堆芯測(cè)量裝置提供機(jī)械導(dǎo)向6 6 平衡機(jī)械載荷和水力載荷平衡機(jī)械載荷和水力載荷7 7 確保堆芯容器頂蓋內(nèi)的冷卻水循環(huán)，以便頂蓋保持一定的溫度確保堆芯容器頂蓋內(nèi)的冷卻水循環(huán)，以便頂蓋保持一定的溫度 411 1 吊籃筒體吊籃筒體2 2 下柵板組件下柵板組件3 3 圍板幅板組件圍板幅板組件4 4 熱屏蔽組件熱屏蔽組件5 5 防斷支承組件防斷支承組件 42 43堆芯堆

14、芯 上柵格板上柵格板堆芯上部支承柱堆芯上部支承柱棒束控制導(dǎo)向筒棒束控制導(dǎo)向筒上部支承板上部支承板 44NoImage 45控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是反應(yīng)堆的重要?jiǎng)幼鞑考?，通過它的動(dòng)作帶動(dòng)控制棒控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是反應(yīng)堆的重要?jiǎng)幼鞑考?，通過它的動(dòng)作帶動(dòng)控制棒組件在堆芯內(nèi)提升和下降，以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆的啟動(dòng)，功率調(diào)節(jié)（調(diào)組件在堆芯內(nèi)提升和下降，以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆的啟動(dòng)，功率調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)棒），停堆和事故情況下的安全控制（安全棒）。因此，它是節(jié)棒），停堆和事故情況下的安全控制（安全棒）。因此，它是確保反應(yīng)堆安全可控的重要部件。確保反應(yīng)堆安全可控的重要部件?？刂瓢趄?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)要求：在正常運(yùn)行工況下要求棒的移動(dòng)速度緩慢，每控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

15、要求：在正常運(yùn)行工況下要求棒的移動(dòng)速度緩慢，每秒鐘行程約秒鐘行程約10mm10mm；在快速停堆或事故工況時(shí)要求驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在得到；在快速停堆或事故工況時(shí)要求驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在得到事故停堆信號(hào)后，即能自動(dòng)脫開，控制棒組件靠自重快速插入堆事故停堆信號(hào)后，即能自動(dòng)脫開，控制棒組件靠自重快速插入堆芯，從得到信號(hào)到控制棒完全插入堆芯的緊急停堆時(shí)間一般芯，從得到信號(hào)到控制棒完全插入堆芯的緊急停堆時(shí)間一般2 2秒鐘秒鐘左右，以保證反應(yīng)堆安全。左右，以保證反應(yīng)堆安全。 46常用的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：電磁步進(jìn)式，齒輪齒條式，水力驅(qū)動(dòng)式常用的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：電磁步進(jìn)式，齒輪齒條式，水力驅(qū)動(dòng)式大亞灣核電廠采用大亞灣核電廠采用 三線圈電磁步進(jìn)式

16、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)三線圈電磁步進(jìn)式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 提棒精度高，提升力大，不宜失步，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提棒精度高，提升力大，不宜失步，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，拆裝和維修方便等優(yōu)點(diǎn)。需要緊急停堆時(shí)，加工容易，拆裝和維修方便等優(yōu)點(diǎn)。需要緊急停堆時(shí)，只需要切斷電源，控制棒便可自由落體。只需要切斷電源，控制棒便可自由落體。 47結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)外部線圈裝置外部線圈裝置棒位置指示部件棒位置指示部件承壓套承壓套驅(qū)動(dòng)軸（上中下）驅(qū)動(dòng)軸（上中下）內(nèi)部部件：內(nèi)部部件： 提升裝置提升裝置 傳遞裝置傳遞裝置 夾持裝置夾持裝置 48 49初始狀態(tài)為傳遞鉤爪嚙合，夾持鉤爪脫開。1：提升線圈通電，傳遞鉤爪驅(qū)動(dòng)軸提升一個(gè)步階；2：夾持線圈通電，夾持

17、鉤爪夾持驅(qū)動(dòng)軸；3：傳遞線圈斷電，傳遞鉤爪脫開； 4：提升線圈斷電，傳遞鉤爪下降一個(gè)步階；5：傳遞線圈通電，傳遞鉤爪嚙合驅(qū)動(dòng)軸；6：夾持線圈斷電，夾持鉤爪夾脫開，為提升做準(zhǔn)備；7：提升線圈通電，傳遞鉤爪驅(qū)動(dòng)軸提升一個(gè)布階；如此循環(huán)動(dòng)作，直到達(dá)到提升位置為止。 50初始狀態(tài)為傳遞鉤爪嚙合，夾持鉤爪脫開。1：夾持線圈通電，夾持鉤爪夾持驅(qū)動(dòng)軸2：傳遞線圈斷電，傳遞鉤爪脫開3：提升線圈通電，僅傳遞鉤爪提升一個(gè)步階4：傳遞線圈通電，傳遞鉤爪嚙合驅(qū)動(dòng)軸5：夾持線圈斷電，夾持鉤爪夾脫開，為軸下降做讓步 6：提升線圈斷電，傳遞鉤爪驅(qū)動(dòng)軸下降一個(gè)步階7：夾持線圈通電，夾持鉤爪夾持驅(qū)動(dòng)軸如此循環(huán)動(dòng)作，直到達(dá)到下降

18、位置為止。若要保持控制棒在某一位置時(shí)，僅傳遞線圈通電，傳遞鉤爪承載。 51當(dāng)要實(shí)行緊急停堆時(shí)，三個(gè)線圈當(dāng)要實(shí)行緊急停堆時(shí)，三個(gè)線圈都斷電，所有鉤爪均脫開，都斷電，所有鉤爪均脫開，控制棒在重力作用下，快速控制棒在重力作用下，快速插入堆芯。插入堆芯。 52反應(yīng)堆壓力容器支撐和包容堆芯和堆內(nèi)構(gòu)件，工作在高壓反應(yīng)堆壓力容器支撐和包容堆芯和堆內(nèi)構(gòu)件，工作在高壓(15.5MPa(15.5MPa左右左右) )、高溫含硼酸水介質(zhì)環(huán)境和放射性輻照的條件下，壽命不少于高溫含硼酸水介質(zhì)環(huán)境和放射性輻照的條件下，壽命不少于4040年。年。百萬千瓦級(jí)核電廠壓力容器高約百萬千瓦級(jí)核電廠壓力容器高約13m13m，內(nèi)徑，內(nèi)徑

19、5m,5m,筒體壁厚筒體壁厚200mm,200mm,總重總重約約330t330t。作用：作用： 1 1 防止放射性外逸第二道屏障防止放射性外逸第二道屏障2 2 壓力邊界壓力邊界3 3 支承和固定作用支承和固定作用選材原則選材原則1 1 高度的完整性高度的完整性 2 2 適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和足夠的韌性適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和足夠的韌性3 3 低的輻照敏感性低的輻照敏感性 4 4 導(dǎo)熱性能好導(dǎo)熱性能好 5 5 便于加工制造，成本低便于加工制造，成本低 53當(dāng)前反應(yīng)堆壓力容器材料普遍選當(dāng)前反應(yīng)堆壓力容器材料普遍選用低合金鋼，與冷卻劑接觸用低合金鋼，與冷卻劑接觸表面堆焊一層表面堆焊一層5mm5mm厚的不銹鋼。厚的不銹鋼。低合金鋼及其焊縫在快中子積分低合金鋼及其焊縫在快中子積分通量大于通量大于10101818cmcm2 2后脆性轉(zhuǎn)變后脆性轉(zhuǎn)變溫度明顯升高。溫度明顯升高