船舶核動(dòng)力裝置一回路系統(tǒng)

1、-PAGE . z.目 錄TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc302547438一、一回路裝置概述 PAGEREF _Toc302547438 h 2HYPERLINK l _Toc3025474391.1 在正常運(yùn)行時(shí)，一回路裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)： PAGEREF _Toc302547439 h 2HYPERLINK l _Toc3025474401.2 在事故工況下，為保證反響堆平安，一回路裝置必須完成以下任務(wù)： PAGEREF _Toc302547440 h 2HYPERLINK l _Toc302547441二、主冷卻劑系統(tǒng) PAGEREF _Toc3025474

2、41 h 3HYPERLINK l _Toc3025474422.1 系統(tǒng)的功用和設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc302547442 h 3HYPERLINK l _Toc3025474432.2 主要設(shè)備簡(jiǎn)述 PAGEREF _Toc302547443 h 3HYPERLINK l _Toc3025474442.2.1 蒸汽發(fā)生器 PAGEREF _Toc302547444 h 3HYPERLINK l _Toc3025474452.2.2 主冷卻劑泵主泵 PAGEREF _Toc302547445 h 5HYPERLINK l _Toc3025474462.3 主冷卻劑系統(tǒng)布置形式 PA

3、GEREF _Toc302547446 h6HYPERLINK l _Toc3025474472.3.1 分散式布置 PAGEREF _Toc302547447 h 7HYPERLINK l _Toc3025474482.3.2 緊湊式布置 PAGEREF _Toc302547448 h 7HYPERLINK l _Toc3025474492.3.3 一體化布置 PAGEREF _Toc302547449 h 8HYPERLINK l _Toc302547450三、壓力平安系統(tǒng) PAGEREF _Toc302547450 h 9HYPERLINK l _Toc3025474513.1 壓力平安

4、系統(tǒng)所擔(dān)負(fù)的職能如下： PAGEREF _Toc302547451 h 9HYPERLINK l _Toc3025474523.2 壓力平安系統(tǒng)的工作原理 PAGEREF _Toc302547452 h 10HYPERLINK l _Toc302547453穩(wěn)壓器典型構(gòu)造 PAGEREF _Toc302547453 h 10HYPERLINK l _Toc3025474543.2.2 壓力調(diào)節(jié)原理 PAGEREF _Toc302547454 h 10HYPERLINK l _Toc302547455四、水質(zhì)控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc302547455 h 11HYPERLINK l _

5、Toc3025474564.1 水質(zhì)控制系統(tǒng)綜述 PAGEREF _Toc302547456 h 11HYPERLINK l _Toc3025474574.2 凈化系統(tǒng) PAGEREF _Toc302547457 h 12HYPERLINK l _Toc3025474584.2.1 高壓凈化系統(tǒng) PAGEREF _Toc302547458 h 12HYPERLINK l _Toc3025474594.2.2 低壓凈化系統(tǒng) PAGEREF _Toc302547459 h 13HYPERLINK l _Toc302547460五、化學(xué)物添加系統(tǒng) PAGEREF _Toc302547460 h 13

6、HYPERLINK l _Toc302547461六、水質(zhì)監(jiān)測(cè)取樣系統(tǒng) PAGEREF _Toc302547461 h 14HYPERLINK l _Toc302547462七、輔助水系統(tǒng) PAGEREF _Toc302547462 h 15HYPERLINK l _Toc3025474637.1 設(shè)備冷卻水系統(tǒng) PAGEREF _Toc302547463 h 15HYPERLINK l _Toc3025474647.2 補(bǔ)給水系統(tǒng) PAGEREF _Toc302547464 h 16HYPERLINK l _Toc3025474657.3 其它輔助水系統(tǒng) PAGEREF _Toc302547

7、465 h 17HYPERLINK l _Toc302547466八、工程平安設(shè)施 PAGEREF _Toc302547466 h 18HYPERLINK l _Toc302547467九、放射性廢物處理系統(tǒng) PAGEREF _Toc302547467 h 19HYPERLINK l _Toc302547468十、參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc302547468 h 19船舶核動(dòng)力裝置一回路系統(tǒng)摘要：反響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)生器的傳熱型管，通過(guò)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

8、。水這樣不斷地在密閉的回路循環(huán)，被稱(chēng)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反響堆和蒸汽發(fā)生器正常運(yùn)行及事故工況下平安工作而設(shè)的系統(tǒng)和設(shè)備。所以，又稱(chēng)反響堆裝置或核蒸汽發(fā)生裝置。1.1 在正常運(yùn)行時(shí)，一回路裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)：= 1 * GB2反響堆啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)，按預(yù)定的方式向一回路中供應(yīng)冷卻劑，以保證回路中所需要的冷卻劑數(shù)量及壓力；= 2 * GB2使回路中冷卻劑循環(huán)流動(dòng)，帶出反響堆堆芯的熱量，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)；= 3 * GB2防止一回路裝置產(chǎn)生不允許的超壓，保證反

9、響堆及一回路系統(tǒng)的平安；= 4 * GB2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；= 5 * GB2監(jiān)測(cè)一回路冷卻劑的質(zhì)量和成分；= 6 * GB2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)境的平安。1.2 在事故工況下，為保證反響堆平安，一回路裝置必須完成以下任務(wù)：= 1 * GB2排除停堆后堆芯剩余釋熱；= 2 * GB2在反響堆堆芯受到熔化威脅前，強(qiáng)行向堆芯注水。= 3 * GB2為執(zhí)行以上任務(wù)，并保證反響堆平安工作，必須為進(jìn)展冷卻劑循環(huán)、體積和壓力控制、水質(zhì)控制、平安控制、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(zhuān)門(mén)的系統(tǒng)和設(shè)備。1.3 按功用

10、劃分，一回路所設(shè)系統(tǒng)可分為六種：= 1 * GB2主冷卻劑系統(tǒng)擔(dān)負(fù)循環(huán)冷卻劑的任務(wù)；= 2 * GB2容積和壓力控制系統(tǒng)進(jìn)展容積和壓力控制；= 3 * GB2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(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)及取試樣的任務(wù)；= 4 * GB2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；= 5 * GB2工程平安設(shè)施為了預(yù)防反響堆及附屬設(shè)備發(fā)生事故以及在事故工況下限制和防止主要設(shè)備損傷而設(shè)的設(shè)施；= 6 * GB2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(jì)要求主冷卻劑系統(tǒng)保證一回路冷卻劑進(jìn)展循環(huán)，是一回路的主要系統(tǒng)，簡(jiǎn)

11、稱(chēng)主系統(tǒng)。主冷卻劑系統(tǒng)的功用是在正常運(yùn)行時(shí)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?；在反響堆停堆時(shí)，可用該系統(tǒng)除去堆芯剩余熱量的一局部；在事故時(shí)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(gè)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)的圍為包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包殼在的反響堆壓力殼、蒸汽發(fā)生器的一回路側(cè)、主冷卻劑泵、穩(wěn)壓器及到釋放閥和平安閥的管系、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(jiǎn)圖如下：1反響堆 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.

12、2 主要設(shè)備簡(jiǎn)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(jì)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(jì)蒸汽發(fā)生器時(shí)，應(yīng)特別注意使其工作可靠，并有最小的尺寸和重量。因?yàn)檎羝l(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)生器必須鞏固，不能滲漏，更不允許一回路側(cè)與二回路側(cè)互相串通。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)和傳熱管的構(gòu)造和材料有關(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

13、量。從尺寸、重量角度，希望力圖增大這個(gè)溫差，但增大溫差會(huì)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(guò)40。設(shè)計(jì)蒸汽發(fā)生器時(shí)必須盡全力減少腐蝕，因?yàn)檎羝l(fā)生器的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)入主冷卻劑系統(tǒng)中，會(huì)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)的方法，也是不能滿足要求。奧氏體不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(jì)從平安可靠角度出發(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

14、汽發(fā)生器有自然循環(huán)式及直流式兩類(lèi)。.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)。其構(gòu)造形式多為立式U形管型冷卻劑經(jīng)一回路側(cè)水室流入傳熱管，再?gòu)牧硪凰伊鞒稣羝l(fā)生器。二回路側(cè)產(chǎn)生的蒸汽，經(jīng)由汽水別離器送至主蒸汽管。為了控制水質(zhì)，下部裝有排泄管。為了減少負(fù)荷波動(dòng)引起的水位波動(dòng)，加大了上部的面積,簡(jiǎn)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(dòng)不是依靠自然循環(huán)那樣的密度差來(lái)推動(dòng)，而是依靠給水泵的壓頭來(lái)實(shí)現(xiàn)。給水在給水泵的壓頭作用下，順序一次通過(guò)加熱段、蒸發(fā)段、過(guò)熱段各個(gè)受熱面。給水在受熱面中一面流動(dòng)一面被加熱、蒸發(fā)、過(guò)熱，最后蒸汽到達(dá)所要求的溫度帶有一定過(guò)熱度的過(guò)

15、熱蒸汽。在直流蒸汽發(fā)生器中，由于工質(zhì)運(yùn)動(dòng)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(dòng)。由于工質(zhì)一次通過(guò)受熱面，因此水一次全部蒸發(fā)完畢，而沒(méi)有自然循環(huán)。直流蒸汽發(fā)生器運(yùn)行工況的各種改變?nèi)缃o水量的變動(dòng)，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(zhǎng)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(guò)熱蒸汽；另外，由于蓄熱量和儲(chǔ)水量都小而且受熱面的加熱和冷卻都容易到達(dá)均勻，因此它允許快速啟動(dòng)和停頓。但是，由于它在運(yùn)行中不進(jìn)展排污或進(jìn)展少量排污和鍋水處理，因此它對(duì)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)

16、對(duì)冷凝水進(jìn)展除鹽處理。另外，由于二回路側(cè)工質(zhì)完全是依靠給水泵壓頭流動(dòng)，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(dòng)時(shí)引起的壓力變化速度更敏感。又由于蒸汽發(fā)生器加熱、蒸發(fā)，過(guò)熱區(qū)段之間無(wú)固定的分界限，無(wú)論一回路及二回路的擾動(dòng)，都將導(dǎo)致各區(qū)段分界限的移動(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主冷卻劑泵主泵主冷卻劑泵的作用是強(qiáng)制冷卻劑循環(huán)。它的構(gòu)造型式取決于裝置線圖、反響堆型式、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平安可靠性，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

17、。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(shí)，為了保證反響堆堆芯不被燒毀，要求泵有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，保證在短時(shí)間仍能以一定的流量向堆芯供水，到達(dá)繼續(xù)冷卻堆芯的目的。在初期的核動(dòng)力裝置中，為了減少主冷卻劑泵外漏而避開(kāi)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，用水潤(rùn)滑的軸承支持，所以不必?fù)?dān)憂有放射性物質(zhì)外漏。但是，這種泵的電機(jī)構(gòu)造特殊，比普通電機(jī)本

18、錢(qián)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(duì)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(dòng)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)?。由于主冷卻劑泵的特殊工作條件，主冷卻劑泵為第一類(lèi)機(jī)器，所以泵的承壓局部應(yīng)與核一級(jí)容器和管道采用同樣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。以下圖為日本陸奧號(hào)使用的立式主冷卻劑泵。采用立式泵的主要理由是占用安裝面積小。該泵為單級(jí)離心泵，流量為900噸/時(shí)，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

19、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(shí)以全速工作，其轉(zhuǎn)數(shù)為1800轉(zhuǎn)/分。在帶走衰變熱時(shí)，為了節(jié)約電力而以半速工作，轉(zhuǎn)數(shù)為900轉(zhuǎn)/分。11電機(jī)定子 2電機(jī)轉(zhuǎn)子 3葉輪 2陸奧號(hào)平安殼一回路系統(tǒng)設(shè)備布置圖4泵止回閥 5 泵殼 6冷卻盤(pán)管2.3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(shí)和對(duì)性能要求的提高，主冷卻系統(tǒng)的布置將更趨向緊湊。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(hào)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

20、的平安殼，平安殼置于反響堆艙。反響堆平安殼是一個(gè)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(dòng)機(jī)構(gòu)提供足夠的空間。平安殼的設(shè)計(jì)條件是：壓力不超過(guò)1.23兆帕，外壓力不超過(guò)0.29兆帕，溫度不超過(guò)189，它是由5.88兆帕級(jí)的高抗拉強(qiáng)度鋼制成。平安殼底部設(shè)有兩套壓力平衡閥門(mén)，以防止在船體漂浮時(shí)，由于外部壓力而造成殼體破裂。當(dāng)壓力差大0.2兆帕?xí)r，閥門(mén)翻開(kāi)，使海水進(jìn)入平安殼，當(dāng)壓力差消除后，則閥門(mén)自行關(guān)閉。一回路系統(tǒng)由二條對(duì)稱(chēng)的環(huán)路組成。每一條環(huán)路有一臺(tái)主冷卻劑泵和一臺(tái)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(duì)稱(chēng)包圍布置在反響堆的四周，反響堆冷卻劑的流量為1

21、800噸/時(shí)。在全功率時(shí)，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(shí)，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(duì)一回路的影響，將反響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，而且反響堆壓力容器，蒸汽發(fā)生器和主冷卻劑泵全是固定不動(dòng)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(zhǎng)度，而且選用強(qiáng)度較高的材料，主管道徑為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)備在平安殼呈分散狀態(tài)，依靠較長(zhǎng)的主管道相連接，故稱(chēng)為分散式布置。緊湊式布置以下圖(1)為北極號(hào)破冰船一回路設(shè)備組成圖，圖(2)為北極號(hào)主冷卻系統(tǒng)的布置圖

22、。圖(1)為北極號(hào)破冰船一回路設(shè)備組成圖圖(2)北極號(hào)主冷卻系統(tǒng)的布置圖該船整個(gè)動(dòng)力裝置由兩個(gè)完全一樣的獨(dú)立組構(gòu)成，總功率為55200千瓦。每一獨(dú)立組由一座反響堆、四臺(tái)蒸汽發(fā)生器、四臺(tái)主冷卻劑泵以及穩(wěn)壓器容積補(bǔ)償器、離子交換過(guò)濾器、冷卻器等組成。蒸汽發(fā)生器為部裝有管束的圓柱體構(gòu)造、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、主冷卻劑泵和穩(wěn)壓器均緊靠反響堆四周布置，主管道非常短，形成緊湊式布置。一體化布置左圖為法國(guó)CAP反響堆特點(diǎn)是形管蒸汽發(fā)生器、主冷卻劑泵與反響堆壓力容器構(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(dòng)阻力，提高了反

23、響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，所以反響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(shí)，也可利用自然循環(huán)流動(dòng)帶出額定功率的20%-30%.一體化壓水堆布置緊湊，具有自然循環(huán)能力強(qiáng)、無(wú)大失水事故、造價(jià)低、建造周期短等優(yōu)點(diǎn)，是小型堆的開(kāi)展方向之一。三、壓力平安系統(tǒng)壓水堆動(dòng)力裝置主冷卻劑系統(tǒng)的壓力會(huì)因出現(xiàn)*種故障或外來(lái)干擾而迅速變化。壓力超過(guò)設(shè)計(jì)壓力，將使承壓部件和設(shè)備遭到破壞；壓力過(guò)低，會(huì)使堆

24、芯出現(xiàn)超過(guò)熱工平安設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。特別指出，主冷卻劑系統(tǒng)的名義壓力系指穩(wěn)壓器的工質(zhì)壓力而言。系統(tǒng)的流程壓力平安系統(tǒng)的流程圖圖為壓力平安系統(tǒng)的流程。主要設(shè)備為穩(wěn)壓器，它是一個(gè)高壓容器。穩(wěn)壓器部的冷卻劑為液相與蒸汽相共存狀態(tài)。在液相，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。另外還有平安閥和釋放閥等附屬裝置，當(dāng)穩(wěn)壓器壓力過(guò)大時(shí)，用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 壓力平安系統(tǒng)所擔(dān)負(fù)的職能如下：在反響堆裝置穩(wěn)態(tài)功率運(yùn)行時(shí)，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(shí)，冷卻劑溫度隨之變化，

25、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(guò)渡過(guò)程中溫度也隨之變化，穩(wěn)壓器可限制系統(tǒng)的壓力波動(dòng)在允許圍之；反響堆啟動(dòng)時(shí)，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(shí)，按降溫降壓要求，使主冷卻劑系統(tǒng)壓力降下來(lái)；用以排除主冷卻劑系統(tǒng)中的*些有害氣體裂變氣體。3.2 壓力平安系統(tǒng)的工作原理穩(wěn)壓器典型構(gòu)造穩(wěn)壓器的構(gòu)造有壓力補(bǔ)償器和電加熱式穩(wěn)壓器，但目前多數(shù)反響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(hào)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(dòng)管等局部構(gòu)

26、成。在穩(wěn)壓器的底部裝有波動(dòng)管與主冷卻劑系統(tǒng)的熱管段相連。由于波動(dòng)流入的水與穩(wěn)壓器的水有一定的溫度差，會(huì)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(dòng)流入時(shí)，為了保護(hù)器壁和電加熱器保護(hù)管，在部裝有波動(dòng)流入導(dǎo)向裝置，使流入水與穩(wěn)壓器的水迅速混合。穩(wěn)壓器的水由裝在底部的電加熱器進(jìn)展加熱，保持蒸汽相的壓力。為了防止搖擺時(shí)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(shí)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?chē)婎^，用噴淋管與主冷卻劑系統(tǒng)冷管段相連。當(dāng)穩(wěn)壓器壓力升高超過(guò)規(guī)定值時(shí)，由噴頭噴入冷

27、卻劑，將穩(wěn)壓器的局部蒸汽冷凝，使其壓力降至規(guī)定值。為了減少?lài)娏軙r(shí)的熱應(yīng)力，噴頭平時(shí)有少量的冷卻劑流過(guò)。在穩(wěn)壓器上部設(shè)有人孔，它可以對(duì)噴頭進(jìn)展檢修和更換。除此之外，還有安裝平安閥、釋放閥的接嘴及放空氣旋塞等。穩(wěn)壓器用底部的波動(dòng)管與反響堆出口主管道相連，用噴霧管與反響堆入口主管道相連。 壓力調(diào)節(jié)原理在正常穩(wěn)態(tài)功率運(yùn)行時(shí)，為了將主冷卻劑系統(tǒng)壓力維持在所要求的運(yùn)行壓力圍，由部的*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(méi)有追隨由于冷卻劑膨脹或收縮體積波動(dòng)的能力。為了完成2和3的職能，穩(wěn)壓器的動(dòng)作如下：當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷減少時(shí)，冷卻劑的平均溫度增加，體

28、積膨脹，冷卻劑通過(guò)波動(dòng)管流入穩(wěn)壓器，壓縮蒸汽相局部。如果此時(shí)主冷卻劑系統(tǒng)壓力過(guò)大，翻開(kāi)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，冷凝一局部蒸汽而吸收壓力波動(dòng)。當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷增加時(shí)，冷卻劑的平均溫度降低，體積收縮，冷卻劑通過(guò)穩(wěn)壓器底部的波動(dòng)管從下部流出穩(wěn)壓器。此時(shí)，由于穩(wěn)壓器壓力降低，一局部液相水被蒸發(fā)到達(dá)熱平衡。穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)應(yīng)將此壓力保持在最低允許值以上，此時(shí)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上升。四、水質(zhì)控制系統(tǒng)4.1 水質(zhì)控制系統(tǒng)綜述輕水型反響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

29、壓、高速流動(dòng)、高熱通量及高中子通量輻照條件下工作。水在高輻照下會(huì)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(huì)使傳熱外表結(jié)垢，影響傳熱效率，同時(shí)會(huì)使設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。特別是氯離子含量增大，會(huì)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(huì)影響設(shè)備工作的可靠性，同時(shí)腐蝕產(chǎn)物受照射而活化，增大裝置的放射性水平。因此，控制反響堆裝置的水質(zhì)是十分重要的問(wèn)題。反響堆裝置中控制水質(zhì)的方法通常采用過(guò)濾器除去顆粒狀雜質(zhì)。過(guò)濾器形式很多，已見(jiàn)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(guò)濾元件制成的過(guò)濾器。另外還可采用電磁過(guò)濾器以除去有磁性固體顆粒雜

30、質(zhì)，一般要求過(guò)濾器過(guò)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(shù)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(duì)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(chēng)為水質(zhì)控制系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計(jì)思想不同，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(gè)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(lèi)。高壓凈化系統(tǒng)的工作壓力與主冷卻劑系統(tǒng)的壓力根本一樣。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

31、化系統(tǒng)提供兩種冷卻劑凈化手段機(jī)械過(guò)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(shù)脂工作溫度不大于50。冷卻劑在流過(guò)機(jī)械過(guò)濾器時(shí)，不可溶性的雜質(zhì)則被活性炭吸附，然后在離子交換器樹(shù)脂層中進(jìn)展離子交換反響，其中可溶性的雜質(zhì)則被樹(shù)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(shù)脂由液體更換樹(shù)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(jiǎn)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，因而制造本錢(qián)較高。該系統(tǒng)多用于對(duì)設(shè)備空間要求嚴(yán)格的地方。 低壓凈化系統(tǒng)

32、低壓凈化系統(tǒng)如下圖。該系統(tǒng)為陸奧號(hào)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(gè)共同系統(tǒng)。冷卻劑循環(huán)是用充填泵進(jìn)展的。該系統(tǒng)的冷卻劑從二號(hào)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，通向反響堆輔機(jī)艙的離子交換器進(jìn)展凈化，再經(jīng)冷卻劑過(guò)濾器進(jìn)入反響堆艙的體積控制波動(dòng)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(hào)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

33、的溶解氧和水電離輻照分解的氧，抑制介質(zhì)對(duì)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)如下圖。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。氫氣由容積控制箱參加冷卻劑中。在容積控制箱上接一組可調(diào)整壓力的氫氣瓶，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，在反響堆冷啟動(dòng)時(shí)或反響堆停堆后添加聯(lián)氨用以去除水中的氧，以防腐蝕。添加氫氣在反響堆運(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

34、增多。另外，作為冷卻劑的水在放射性輻照下會(huì)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。由于反響堆具有放射性，因此在運(yùn)行時(shí)處理的方法就與一般方法不同，不能使用常規(guī)動(dòng)力裝置中所常使用的添加劑。這時(shí)，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(cè)取樣系統(tǒng)該系統(tǒng)用于在反響堆整個(gè)運(yùn)行期間及時(shí)真實(shí)地取出反響堆主冷卻劑系統(tǒng)及有關(guān)輔助系統(tǒng)的液體和氣體樣品，供對(duì)一回路水質(zhì)分析用，以便通過(guò)分析結(jié)果，監(jiān)測(cè)裝置運(yùn)行情況，指導(dǎo)運(yùn)行操作。所以說(shuō)取樣系統(tǒng)是裝置水化學(xué)運(yùn)行操作中的耳目。對(duì)該系統(tǒng)操作是否嚴(yán)格遵守規(guī)程，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題能否及時(shí)采取必要措施，一定程度上關(guān)系到裝置能否正常平安地運(yùn)行。陸奧號(hào)所用取樣

35、系統(tǒng)圖下面以陸奧號(hào)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(shí)盤(pán)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，使在大氣壓下不會(huì)閃發(fā)。泄放取樣冷卻器是將泄放水冷卻到100，使在取樣口處不產(chǎn)生閃發(fā)。延時(shí)盤(pán)管是使水樣和氣樣在流路中滯留足夠的時(shí)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(dòng)氣體分析器及氣體分析器。自動(dòng)氣體分析器用以自動(dòng)測(cè)定漏入平安殼、反響堆艙室和反響堆輔機(jī)艙室中的氫氣。氣體分析器用以測(cè)定來(lái)自排出箱、疏水箱、中放箱、容積控制波動(dòng)箱

36、等氣局部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(chēng)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的設(shè)備供應(yīng)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)的流程如下圖。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(dòng)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(guò)設(shè)備冷

37、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(gè)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(shí)，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)備冷卻水波動(dòng)箱補(bǔ)償。當(dāng)波動(dòng)箱水壓降低時(shí)，可自動(dòng)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(duì)系統(tǒng)的腐蝕，可向波動(dòng)箱投放重鉻酸鉀緩蝕劑。7.2 補(bǔ)給水系統(tǒng)補(bǔ)水的來(lái)源根據(jù)規(guī)劃，各動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)可不一樣，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)一樣，因此可使用二回路冷凝器脫氣的冷凝水。陸奧號(hào)是用脫氣除鹽水作為補(bǔ)水，因此在補(bǔ)

38、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。陸奧號(hào)補(bǔ)水系統(tǒng)原則線圖如下圖。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(lái)自二回路經(jīng)除氧后的給水供應(yīng)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，來(lái)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(shí)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(shí)，自動(dòng)將高溫

39、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(jì)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)，有的是由其它系統(tǒng)承當(dāng)其任務(wù)而不單設(shè)。一次屏蔽水系統(tǒng)的功用是為反響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(shí)屏蔽水套充水和排水。換料充排水系統(tǒng)是在更換燃料時(shí)使用。由于廢燃料中積累了大量裂變產(chǎn)物，加上壓力殼及堆構(gòu)件的被活化，則

40、在反響堆周?chē)霸旧矶际蔷哂袠O強(qiáng)的放射性，同時(shí)其衰變熱也很大。因此在換料時(shí)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(shí)臨時(shí)裝上屏蔽水套，以保證工作人員的平安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，以便除去堆芯的衰變熱。為了簡(jiǎn)化裝置，該系統(tǒng)常借用其它系統(tǒng)來(lái)完成其任務(wù)。八、工程平安設(shè)施對(duì)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(dòng)力裝置平安是設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行中的一個(gè)極其重要的問(wèn)題。壓水堆裝置的工程平安設(shè)施包括余熱及危急冷卻系統(tǒng)、平安注射系統(tǒng)、堆艙平安殼噴淋系統(tǒng)及堆艙平安殼通風(fēng)及溫調(diào)系統(tǒng)等。工程平安設(shè)施中最典型的當(dāng)為平安注射系統(tǒng)和平安噴淋系統(tǒng)平安注射系統(tǒng)又叫應(yīng)急堆芯注水系統(tǒng)。在*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(shí)，向反響堆堆芯應(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(hào)采用的平安注射及平安噴淋系統(tǒng)的原理圖。當(dāng)主冷卻劑系統(tǒng)破斷時(shí)，穩(wěn)壓器的水位降低，壓力也同時(shí)降低，并發(fā)出應(yīng)急堆芯注水信號(hào)，同時(shí)可啟動(dòng)兩臺(tái)應(yīng)急堆芯注水泵中的一臺(tái)，補(bǔ)給水泵兩臺(tái)或補(bǔ)給水泵一臺(tái)，應(yīng)急衰變熱除去泵一臺(tái)。在小失水事故時(shí)，由于破口小，壓