壓水堆核電廠

壓水堆核電廠1第1頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四2第2頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四1．壓水堆以輕水作慢化劑及冷卻劑，反應(yīng)堆體積小，建設(shè)周期短．造價較低。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)。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)相分開，放射性冷卻劑不會進入回路而污染汽輪機，運行、維護方便，需要處理的放射憚廢氣、廢水、廢物量較少。我國正在運行的核電機組（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：3第3頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四壓水堆主要運行參數(shù)4第4頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四教學(xué)內(nèi)容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)：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)向管反應(yīng)堆壓力容器的結(jié)構(gòu)、選材和運行特點控制棒驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理；堆內(nèi)測量支承結(jié)構(gòu)安全殼結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)功能5第5頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四大亞灣核電廠簡介6第6頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四3.1壓水堆堆芯（reactorcore）堆芯設(shè)計滿足的一般要求：1堆芯功率分布盡量均勻，以便堆芯有最大的功率輸出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)濟性3要有最佳的冷卻劑流量分配和最小的流動阻力4有較長的堆芯壽命，適當(dāng)?shù)臏p少換料操作次數(shù)5堆芯結(jié)構(gòu)緊湊，換料要簡易方便。7第7頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四典型壓水堆壓力容器與堆芯結(jié)構(gòu)原理圖8第8頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四堆芯橫截面圖9第9頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四壓水堆縱剖面圖10第10頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四壓水堆燃料管理11第11頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四12第12頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四壓水堆堆芯組件核燃料組件棒束控制棒組件可燃毒物組件中子源組件阻力塞組件13第13頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四核燃料組件采用無盒、帶指形控制組件的棒束型燃料組件。主要結(jié)構(gòu)：燃料棒＋骨架骨架（書）：上下管座，8

層定位格架，導(dǎo)向管采用17×17=289=264+24+1正方形排列。14第14頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四15第15頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四棒狀燃料元件棒結(jié)構(gòu)組成選材原則：限制燃料和包殼的使用溫度包殼的作用以及選材特點機械強度；第一道屏障燃料芯塊結(jié)構(gòu)特點鋯氫反應(yīng)？任何防止？12集氣空腔盒充填氣體作用：軸向空腔和徑向間隙作用，預(yù)沖壓氦氣技術(shù)作用16第16頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四芯塊的結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)尺寸：圓柱體形何謂“環(huán)脊”現(xiàn)象為何采用碟形加倒角的結(jié)構(gòu)形式如何防止輻照腫脹的破壞：

1碟形加倒角2制孔劑芯塊密度的選擇17第17頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四18第18頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四燃料元件包殼材料：鋯－4合金燃料元件包殼壁厚的選擇結(jié)構(gòu)強度化學(xué)，腐蝕一定的安全裕度包殼內(nèi)壁與燃料芯塊的徑向間隙大小與間隙的導(dǎo)熱系數(shù)有密切關(guān)系，是影響芯塊溫度的重要因素，同時芯塊的各種特性如導(dǎo)熱系數(shù)，裂變氣體的釋放，蠕變和塑性形變等也都隨溫度變化。19第19頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四“骨架”結(jié)構(gòu)定位格架控制棒導(dǎo)管中子通量測量導(dǎo)管上管座下管座20第20頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四定位格架8層定位格架的作用材料及結(jié)構(gòu)特點混流翼21第21頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四22第22頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四控制棒導(dǎo)向管材料：鋯－4合金作用：為控制棒插入抽出提供導(dǎo)向通道結(jié)構(gòu)特點：錐形緩沖段，流水孔中子通量測量管材料：鋯－4合金作用：23第23頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四下管座上管座24第24頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四25第25頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四控制棒組件結(jié)構(gòu)組成：24跟吸收劑棒＋星形架組件數(shù)目保證：卡棒準(zhǔn)則，功率分布，彈棒事故

26第26頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四控制棒組件

27第27頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四星形架結(jié)構(gòu)特點：轂環(huán)，翼片，指形連接柄28第28頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四吸收劑棒

黑棒灰棒材料銀－銦－鎘不銹鋼結(jié)構(gòu)：二者相似黑棒束控制組件：24根黑棒灰棒束控制組件：8根黑棒＋16根灰棒29第29頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四堆芯相關(guān)組件可燃毒物組件，初級中子源組件，次級中子源組件，阻力塞組件結(jié)構(gòu)上的共同點：支承結(jié)構(gòu)：一個壓緊組件形成的支承結(jié)構(gòu)

24根棒束30第30頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四壓緊組件軛板、彈簧導(dǎo)向筒、底板、內(nèi)外兩圈螺旋彈簧、銷釘304不銹鋼材料31第31頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四可燃毒物組件作用：用于第一燃料循環(huán)，降低硼濃度，半尺慢化劑的負(fù)溫度系數(shù)可燃毒物材料：硼玻璃管（B2O3+SiO2）初裝料：48×12(棒)＋18×16(棒)+2×16=896第一次換料時全部卸出，換阻力塞組件32第32頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四中子源組件作用：

1提高中子通量水平2點火初級中子源結(jié)構(gòu)與材料：锎初裝料情況次級中子源結(jié)構(gòu)與材料：銻、鈹初裝料情況33第33頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四阻力塞組件作用：304不銹鋼材料初裝料情況前述各種堆芯相關(guān)組件都含有中子源組件，只有阻力塞組件全部是阻力塞組件34第34頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四堆芯組件小結(jié)（1）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)

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，控制棒導(dǎo)管，中子測量

控制棒組件：吸收劑棒＋星形架

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35第35頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四堆芯組件小結(jié)（2）

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)：壓緊組件＋24根棒束可燃毒物組件：作用，材料中子源組件：初級中子源＋次級中子源，作用，材料阻力塞組件;作用，材料36第36頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四大亞灣核電廠首次裝料堆芯相關(guān)組件種類以及數(shù)量37第37頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四名詞術(shù)語reactorvesselcorebarrelfuelassembly/elementthermalshieldbaffleformerholddownspringgridassembly38第38頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四Top/bottomnozzlecontrolrodguidetubedowncomercontrolroddrivemechanismsburnable/burnoutpoisonresistanceplugneutronsourcefuelcladfuelpin39第39頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件堆內(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。功能：1為冷卻劑提供流道2為壓力容器提供屏蔽3為燃料組件提供支承和壓緊4固定監(jiān)督用的輻照樣品5為棒束控制組件和傳動軸以及上下堆芯測量裝置提供機械導(dǎo)向6平衡機械載荷和水力載荷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40第40頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四下部支承組件－吊籃組件1吊籃筒體2下柵板組件3圍板幅板組件4熱屏蔽組件5防斷支承組件41第41頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四堆芯下部支撐結(jié)構(gòu)42第42頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四堆芯上部支撐結(jié)構(gòu)堆芯上柵格板堆芯上部支承柱棒束控制導(dǎo)向筒上部支承板43第43頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四堆芯上部支撐結(jié)構(gòu)44第44頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四控制棒驅(qū)動機構(gòu)控制棒驅(qū)動機構(gòu)是反應(yīng)堆的重要動作部件，通過它的動作帶動控制棒組件在堆芯內(nèi)提升和下降，以實現(xiàn)反應(yīng)堆的啟動，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，它是確保反應(yīng)堆安全可控的重要部件?？刂瓢趄?qū)動機構(gòu)要求：在正常運行工況下要求棒的移動速度緩慢，每秒鐘行程約10mm；在快速停堆或事故工況時要求驅(qū)動機構(gòu)在得到事故停堆信號后，即能自動脫開，控制棒組件靠自重快速插入堆芯，從得到信號到控制棒完全插入堆芯的緊急停堆時間一般2秒鐘左右，以保證反應(yīng)堆安全。45第45頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四控制棒驅(qū)動機構(gòu)常用的驅(qū)動機構(gòu)：電磁步進式，齒輪齒條式，水力驅(qū)動式大亞灣核電廠采用三線圈電磁步進式驅(qū)動機構(gòu)優(yōu)點：提棒精度高，提升力大，不宜失步，結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，拆裝和維修方便等優(yōu)點。需要緊急停堆時，只需要切斷電源，控制棒便可自由落體。46第46頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四結(jié)構(gòu)外部線圈裝置棒位置指示部件承壓套驅(qū)動軸（上中下）內(nèi)部部件：提升裝置傳遞裝置夾持裝置47第47頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四48第48頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四控制棒提升動作: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)動軸提升一個步階；2：夾持線圈通電，夾持鉤爪夾持驅(qū)動軸；3：傳遞線圈斷電，傳遞鉤爪脫開；4：提升線圈斷電，傳遞鉤爪下降一個步階；5：傳遞線圈通電，傳遞鉤爪嚙合驅(qū)動軸；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)動軸提升一個布階；如此循環(huán)動作，直到達到提升位置為止。49第49頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四控制棒下降動作: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步階4：傳遞線圈通電，傳遞鉤爪嚙合驅(qū)動軸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)動軸下降一個步階7：夾持線圈通電，夾持鉤爪夾持驅(qū)動軸如此循環(huán)動作，直到達到下降位置為止。若要保持控制棒在某一位置時，僅傳遞線圈通電，傳遞鉤爪承載。50第50頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四緊急停堆－控制棒自由落體當(dāng)要實行緊急停堆時，三個線圈都斷電，所有鉤爪均脫開，控制棒在重力作用下，快速插入堆芯。51第51頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四反應(yīng)堆壓力容器反應(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40年。百萬千瓦級核電廠壓力容器高約13m，內(nèi)徑5m,筒體壁厚200mm,總重約330t。作用：1防止放射性外逸第二道屏障2壓力邊界3支承和固定作用選材原則1高度的完整性2適當(dāng)?shù)膹姸群妥銐虻捻g性3低的輻照敏感性4導(dǎo)熱性能好5便于加工制造，成本低52第52頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四壓力容器選材當(dāng)前反應(yīng)堆壓力容器材料普遍選用低合金鋼，與冷卻劑接觸表面堆焊一層5mm厚的不銹鋼。低合金鋼及其焊縫在快中子積分通量大于1018cm2后脆性轉(zhuǎn)變溫度明顯升高。相應(yīng)措施:嚴(yán)格限制銅和磷這兩種元素的含量，添加少量鋁、釩、鉻，鉑、鎳等元素，盡量減少鋼的輻照損傷：熱屏。53第53頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四運行限制壓力溫度運行限制曲線：限制因素：壓力容器