压水堆核电厂基本原理优秀PPT.ppt

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1、Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院压水堆核电厂基本原理秋穗正西安交通高校西安交通高校Tel:029-82665607Tel:029-82665607Email:szqiumail.xjtu.edu Email:szqiumail.xjtu.edu Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院核电厂基本工作原理核电厂基本工作原理利用核能生产电能的电厂称为核电厂。压水堆核电厂主要由压水反应堆、反应堆冷却剂系统（简称一回路）、蒸汽和动力转换

2、系统（又称二回路）、循环水系统、发电机和输配电系统及其协助系统组成。Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院压水堆核电厂原理图压水堆核电厂原理图Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院三环三环三环三环路压路压路压路压水堆水堆水堆水堆一回一回一回一回路系路系路系路系统统统统Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院压水压水压水压水堆平堆平堆平堆平安壳安壳安壳安壳

3、内纵内纵内纵内纵剖面剖面剖面剖面图图图图Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院压水堆核电厂主要厂房布置压水堆核电厂主要厂房布置Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院核电厂厂区核电厂厂区 L型布置型布置Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院大亚湾核电厂厂区大亚湾核电厂厂区 T 型布置型布置Nuclear Thermohydraulic Research

4、Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院核电厂的厂区的几个部分核电厂的厂区的几个部分核心区：主要由核岛和常规岛组成，包括反应堆厂房，协助厂房，燃料贮存核心区：主要由核岛和常规岛组成，包括反应堆厂房，协助厂房，燃料贮存厂房，主限制室，应急柴油发电机厂房，汽轮发电机厂房等。厂房，主限制室，应急柴油发电机厂房，汽轮发电机厂房等。三废区：主要由废液贮存、处理厂房，固化厂房，弱放废物库，固体废物贮三废区：主要由废液贮存、处理厂房，固化厂房，弱放废物库，固体废物贮存库，特种洗衣房和特种汽车库等组成。存库，特种洗衣房和特种汽车库等组成。供排水区：主要有循环水泵房，输水隧洞，排水渠道，淡水净化处

5、理车间，供排水区：主要有循环水泵房，输水隧洞，排水渠道，淡水净化处理车间，消防站，高压消防泵房，排水泵房等组成。消防站，高压消防泵房，排水泵房等组成。动力供应区：主要由冷冻机站，压缩空气及液氮贮存气化站，协助锅炉房等动力供应区：主要由冷冻机站，压缩空气及液氮贮存气化站，协助锅炉房等组成。组成。检修及仓库区：包括检修车间，材料仓库，设备综合仓库及危急品仓库等。检修及仓库区：包括检修车间，材料仓库，设备综合仓库及危急品仓库等。厂前区：为电厂行政办公大楼及汽车、消防、保安及生活服务设施。厂前区：为电厂行政办公大楼及汽车、消防、保安及生活服务设施。Nuclear Thermohydraulic Res

6、earch Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院核电厂平安设备功能及分级核电厂平安设备功能及分级平安一级平安一级平安一级主要包括组成反应堆冷却剂系统承压边界的全部部件。平安一级主要包括组成反应堆冷却剂系统承压边界的全部部件。平安二级平安二级主要指反应堆冷却剂系统承压边界内不属于平安一级的各种部件，以及为执行全部事故工况下停堆、主要指反应堆冷却剂系统承压边界内不属于平安一级的各种部件，以及为执行全部事故工况下停堆、维持堆芯冷却剂总量和排出堆芯热量及限制放射性物质向外释放的各种部件。维持堆芯冷却剂总量和排出堆芯热量及限制放射性物质向外释放的各种部件。平安三级平安三级主要指下述一些

7、协助系统的设备：为限制反应性供应硼酸的系统，协助给水系统；设备冷却水系统主要指下述一些协助系统的设备：为限制反应性供应硼酸的系统，协助给水系统；设备冷却水系统平安四级平安四级核岛中不属于平安一、二、三级的设备为非核平安等级。核岛中不属于平安一、二、三级的设备为非核平安等级。Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院压水堆堆芯（压水堆堆芯（reactor core）堆芯设计满足的一般要求：堆芯设计满足的一般要求：1 1 堆芯功率分布尽量匀整，以便堆芯有最大的功率堆芯功率分布尽量匀整，以便堆芯有最大的功率输出输出2 2

8、尽量削减堆芯内不必要的中子吸取材料，提中学尽量削减堆芯内不必要的中子吸取材料，提中学子经济性子经济性3 3 要有最佳的冷却剂流量安排和最小的流淌阻力要有最佳的冷却剂流量安排和最小的流淌阻力4 4 有较长的堆芯寿命，适当的削减换料操作次数有较长的堆芯寿命，适当的削减换料操作次数5 5 堆芯结构紧凑，换料要简易便利。堆芯结构紧凑，换料要简易便利。Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院典型压水堆压力容器与堆芯结构原理图典型压水堆压力容器与堆芯结构原理图Nuclear Thermohydraulic Research G

9、roup秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院堆芯横截面图堆芯横截面图Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院压压水水堆堆纵纵剖剖面面图图Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院压水堆燃料管理压水堆燃料管理Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院压水堆堆芯组件压水堆堆芯组件核燃料组件核燃料组件棒束限制棒组件棒束限制棒组件可燃毒物组件可燃毒物组件中子源组

10、件中子源组件阻力塞组件阻力塞组件核燃料组件核燃料组件接受无盒、带指形限制组件的棒束型燃料组件。接受无盒、带指形限制组件的棒束型燃料组件。主要结构：燃料棒骨架主要结构：燃料棒骨架骨架：上下管座，骨架：上下管座，8 8层定位格架，导向管层定位格架，导向管接受接受1717=289=264+24+1 1717=289=264+24+1 正方形排列。正方形排列。Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院棒状燃

11、料元件棒棒状燃料元件棒结构组成结构组成选材原则：限制燃料和包壳选材原则：限制燃料和包壳 的运用温度的运用温度包壳的作用以及选材特点包壳的作用以及选材特点机械强度机械强度第一道屏障第一道屏障 燃料芯块结构特点燃料芯块结构特点锆氢反应锆氢反应集气空腔盒充填气体作用：集气空腔盒充填气体作用：轴向空腔和径向间隙作用，轴向空腔和径向间隙作用，预冲压氦气技术作用预冲压氦气技术作用Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院芯块的结构特点芯块的结构特点芯块的结构特点芯块的结构特点结构尺寸：圆柱体形何谓“环脊”现象为何接受碟形加倒角的

12、结构形式如何防止辐照肿胀的破坏：1碟形加倒角 2制孔剂芯块密度的选择Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院燃料元件包壳燃料元件包壳材料：锆4 合金燃料元件包壳壁厚的选择结构强度化学，腐蚀确定的平安裕度包壳内壁与燃料芯块的径向间隙包壳内壁与燃料芯块的径向间隙包壳内壁与燃料芯块的径向间隙包壳内壁与燃料芯块的径向间隙 大小与间隙的导热系数有亲密关系，是影响芯块温大小与间隙的导热系数有亲密关系，是影响芯块温大小与间隙的导热系数有亲密关系，是影响芯块温大小与间隙的导热系数有亲密关系，是影响芯块温度的重要因素，同时芯块的各种

13、特性如导热系数，裂变气体的释放，蠕变和塑性形度的重要因素，同时芯块的各种特性如导热系数，裂变气体的释放，蠕变和塑性形度的重要因素，同时芯块的各种特性如导热系数，裂变气体的释放，蠕变和塑性形度的重要因素，同时芯块的各种特性如导热系数，裂变气体的释放，蠕变和塑性形变等也都随温度变更。变等也都随温度变更。变等也都随温度变更。变等也都随温度变更。Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院“骨架骨架”结构结构定位格架定位格架限制棒导管限制棒导管中子通量测量导管中子通量测量导管上管座上管座下管座下管座Nuclear Thermo

14、hydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院定位格架定位格架8 8 层定位格架的作用层定位格架的作用材料及结构特点材料及结构特点混流翼混流翼Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院上管座上管座下管座下管座Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院限制棒组件限制棒组件结构组成：结构组成：2424根吸取剂棒星形架根吸取剂棒星形架组件数目保证：组件数目保证：卡棒准则，功率卡棒准则，功率分布，弹棒事

15、故分布，弹棒事故 Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院限制棒组件限制棒组件 星形架星形架结构特点：毂环，翼片，指形连接柄结构特点：毂环，翼片，指形连接柄Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院吸取剂棒吸取剂棒 黑棒黑棒 灰棒灰棒 材料材料 银铟镉银铟镉 不锈钢不锈钢 结构：结构：二者相像二者相像黑棒束限制组件：黑棒束限制组件：2424根黑棒根黑棒灰棒束限制组件：灰棒束限制组件：8 8根黑棒根黑棒1616根灰棒根灰棒Nuclear T

16、hermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院堆芯相关组件堆芯相关组件可燃毒物组件，初级中子源组件，次级中子源可燃毒物组件，初级中子源组件，次级中子源组件，阻力塞组件组件，阻力塞组件结构上的共同点：结构上的共同点：支承结构：一个压紧组件形成的支承结构支承结构：一个压紧组件形成的支承结构 24 24 根棒束根棒束Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院可燃毒物组件可燃毒物组件作用：作用：用于第一燃料循环，降低硼浓度，半尺用于第一燃料循环，降低硼浓度，半尺慢化剂的

17、慢化剂的负温度系数负温度系数可燃毒物材料：可燃毒物材料：硼玻璃管（硼玻璃管（B B2 2O O3 3+SiO+SiO2 2）初装料：初装料：4812(4812(棒棒)1816(1816(棒棒)+216=896)+216=896第一次换料时全部卸出，换阻力塞组件第一次换料时全部卸出，换阻力塞组件Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院中子源组件中子源组件作用：作用：1 1 提中学子通量水平提中学子通量水平 2 2 点火点火初级中子源初级中子源 结构与材料：锎结构与材料：锎 初装料状况初装料状况次级中子源次级中子源 结

18、构与材料：锑、铍结构与材料：锑、铍 初装料状况初装料状况Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院阻力塞组件阻力塞组件作用：作用：304304不锈钢材料不锈钢材料初装料状况初装料状况前述各种堆芯相关组件前述各种堆芯相关组件都含有中子源组件，只都含有中子源组件，只有阻力塞组件全部是阻有阻力塞组件全部是阻力塞组件力塞组件Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院大亚湾核电厂首次装料堆芯相关组大亚湾核电厂首次装料堆芯相关组件种类以及数量件种类以及

19、数量Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院反应堆堆内构件反应堆堆内构件堆内构件包括：堆芯下部支承结构，堆芯上部支承结构，限制棒堆内构件包括：堆芯下部支承结构，堆芯上部支承结构，限制棒束导向管和压紧弹簧组成。束导向管和压紧弹簧组成。功能：功能：1 1 为冷却剂供应流道为冷却剂供应流道2 2 为压力容器供应屏蔽为压力容器供应屏蔽3 3 为燃料组件供应支承和压紧为燃料组件供应支承和压紧4 4 固定监督用的辐照样品固定监督用的辐照样品5 5 为棒束限制组件和传动轴以及上下堆芯测量装置供应机械导向为棒束限制组件和传动轴以及

20、上下堆芯测量装置供应机械导向6 6 平衡机械载荷和水力载荷平衡机械载荷和水力载荷7 7 确保堆芯容器顶盖内的冷却水循环，以便顶盖保持确定的温度确保堆芯容器顶盖内的冷却水循环，以便顶盖保持确定的温度Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院下部支承组件吊篮组件下部支承组件吊篮组件1 1 吊篮筒体吊篮筒体2 2 下栅板组件下栅板组件3 3 围板幅板组件围板幅板组件4 4 热屏蔽组件热屏蔽组件5 5 防断支承组件防断支承组件Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术

21、学院核科学与技术学院堆芯上部支撑结构堆芯上部支撑结构堆芯上栅格板堆芯上部支承柱棒束限制导向筒上部支承板Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院堆芯上部支撑结构Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院限制棒驱动机构限制棒驱动机构限制棒驱动机构：带动限制棒组件在堆芯内提升和下降，以限制棒驱动机构：带动限制棒组件在堆芯内提升和下降，以实现反应堆的启动，功率调整（调整棒），停堆和事故状况实现反应堆的启动，功率调整（调整棒），停堆和事故状况下的平

22、安限制（平安棒）。下的平安限制（平安棒）。限制棒驱动机构要求：在正常运行工况下要求棒的移动速度限制棒驱动机构要求：在正常运行工况下要求棒的移动速度缓慢，每秒钟行程约缓慢，每秒钟行程约10mm10mm；在快速停堆或事故工况时要求驱；在快速停堆或事故工况时要求驱动机构在得到事故停堆信号后，靠自重快速插入堆芯，从得动机构在得到事故停堆信号后，靠自重快速插入堆芯，从得到信号到限制棒完全插入堆芯的紧急停堆时间一般到信号到限制棒完全插入堆芯的紧急停堆时间一般2 2秒钟左右，秒钟左右，以保证反应堆平安。以保证反应堆平安。Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正

23、核科学与技术学院核科学与技术学院限制棒驱动机构限制棒驱动机构常用的驱动机构：电磁步进式，常用的驱动机构：电磁步进式，齿轮齿条式，水力驱动式齿轮齿条式，水力驱动式大亚湾核电厂接受三线圈电磁步大亚湾核电厂接受三线圈电磁步进式驱动机构进式驱动机构优点：优点：提棒精度高，提升力大，提棒精度高，提升力大，不宜失步，结构简洁，加工简洁，不宜失步，结构简洁，加工简洁，拆装和修理便利等优点。须要紧拆装和修理便利等优点。须要紧急停堆时，只须要切断电源，限急停堆时，只须要切断电源，限制棒便可自由落体。制棒便可自由落体。Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与

24、技术学院核科学与技术学院反应堆压力容器反应堆压力容器反应堆压力容器支撑和包涵堆芯和堆内构件，工作在高压反应堆压力容器支撑和包涵堆芯和堆内构件，工作在高压(15.5MPa(15.5MPa左右左右)、高温含硼酸水介质环境和放射性辐照的条、高温含硼酸水介质环境和放射性辐照的条件下，寿命不少于件下，寿命不少于4040年。百万千瓦级核电厂压力容器高约年。百万千瓦级核电厂压力容器高约13m13m，内径，内径5m,5m,筒体壁厚筒体壁厚200mm,200mm,总重约总重约330t330t。作用：作用：1 1 防止放射性外逸其次道屏障防止放射性外逸其次道屏障2 2 压力边界压力边界3 3 支承和固定作用支承和

25、固定作用选材原则选材原则1 1 高度的完整性高度的完整性 2 2 适当的强度和足够的韧性适当的强度和足够的韧性3 3 低的辐照敏感性低的辐照敏感性 4 4 导热性能好导热性能好 5 5 便于加工制造，成本低便于加工制造，成本低Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院压力容器选材压力容器选材当前反应堆压力容器材料普遍选当前反应堆压力容器材料普遍选用低合金钢，与冷却剂接触表面用低合金钢，与冷却剂接触表面堆焊一层堆焊一层5mm5mm厚的不锈钢。厚的不锈钢。低合金钢及其焊缝在快中子积分低合金钢及其焊缝在快中子积分通量大于通

26、量大于1018cm21018cm2后脆性转变温度后脆性转变温度明显上升。明显上升。相应措施：严格限制铜和磷这两相应措施：严格限制铜和磷这两种元素的含量，添加少量铝、钒、种元素的含量，添加少量铝、钒、铬，铂、镍等元素，尽量削减钢铬，铂、镍等元素，尽量削减钢的辐照损伤热屏。的辐照损伤热屏。Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院运行限制运行限制压力温度运行限制曲线压力温度运行限制曲线限制因素：限制因素：压力容器的强度，主泵的限制：汽蚀等，压力容器的强度，主泵的限制：汽蚀等，低压蒸发等。低压蒸发等。Nuclear The

27、rmohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院压力容器结构压力容器结构筒体组合件筒体组合件 法兰环法兰环 接管段接管段 筒身筒身 冷却剂进、出口接管冷却剂进、出口接管顶盖组合件顶盖组合件底封头底封头法兰密封件法兰密封件Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院堆内测量支承结构堆内测量支承结构堆芯冷却剂出口温度测量装置堆芯冷却剂出口温度测量装置目的：目的：绘制堆芯温度分布图和绘制堆芯温度分布图和确定最热通道确定最热通道布置：布置：堆芯上部堆芯上部堆芯中子通量分布测量装

28、置堆芯中子通量分布测量装置目的：目的：建立中子通量分布图建立中子通量分布图（三维），确定（三维），确定热点热点?布置：布置：堆芯下部堆芯下部Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院平安壳平安壳作用：裂变产物与环境之作用：裂变产物与环境之间的最终一道屏障间的最终一道屏障平安壳厂房平安壳厂房平安壳环境限制系统平安壳环境限制系统平安壳贯穿与隔离系统平安壳贯穿与隔离系统Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院一回路主系统系统组成一回路主系统系统

29、组成2 24 4个环路个环路堆芯压力容器堆芯压力容器热腿热腿稳压器稳压器蒸汽发生器蒸汽发生器冷腿冷腿主泵主泵Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院三环路压水堆一回路主系统布置三环路压水堆一回路主系统布置闭合环路以反应堆为闭合环路以反应堆为中心呈辐射状布置中心呈辐射状布置只有一台稳压器只有一台稳压器堆芯低于出口管嘴，堆芯低于出口管嘴，利于堆芯沉没和自然利于堆芯沉没和自然循环循环Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院平安协助系统平安协助

30、系统第一类第一类 牵涉到核平安的平安系统牵涉到核平安的平安系统其次类其次类 保证反应堆和压力回路正常启动、保证反应堆和压力回路正常启动、运行和停堆的核协助系统运行和停堆的核协助系统第三类第三类 回收和处理放射性废物以爱护和监回收和处理放射性废物以爱护和监测环境的系统测环境的系统Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院蒸汽发生器蒸汽发生器蒸汽发生器是压水堆核电厂一、二回路的枢纽，它将反应堆产生的热量蒸汽发生器是压水堆核电厂一、二回路的枢纽，它将反应堆产生的热量传递给蒸汽发生器二次侧，产生蒸汽推动汽轮机作功。蒸汽发生器

31、又是传递给蒸汽发生器二次侧，产生蒸汽推动汽轮机作功。蒸汽发生器又是分隔一、二次侧介质的屏障，它对于核电厂的平安运行特别重要。（什分隔一、二次侧介质的屏障，它对于核电厂的平安运行特别重要。（什么是一次侧和二次侧么是一次侧和二次侧?）压水堆核电厂运行阅历表明，蒸汽发生器传热管断裂事故在核电厂事故压水堆核电厂运行阅历表明，蒸汽发生器传热管断裂事故在核电厂事故中居首要地位。据报道，国外压水堆核电厂的非支配停堆次数中约有四中居首要地位。据报道，国外压水堆核电厂的非支配停堆次数中约有四分之一是因有关蒸汽发生器问题造成的。分之一是因有关蒸汽发生器问题造成的。19921992年，在年，在205205座核电厂中

32、报告蒸汽发生器有问题的达座核电厂中报告蒸汽发生器有问题的达172172座。同年，美座。同年，美国压水堆核电厂的负荷因子由于蒸汽发生器问题国压水堆核电厂的负荷因子由于蒸汽发生器问题(包括传热管破损和更包括传热管破损和更换蒸汽发生器换蒸汽发生器)而降低而降低3.31%3.31%。从。从1979-19941979-1994年，已有年，已有5555台蒸汽发生器因台蒸汽发生器因传热管严峻损坏而被更换，其实际运用寿命平均仅为约传热管严峻损坏而被更换，其实际运用寿命平均仅为约1414年年(寿命最短寿命最短者仅者仅8 8年年)，远未达到，远未达到30304040年的设计寿命。美国年的设计寿命。美国199219

33、92年更换磨石年更换磨石-2-2堆的堆的两台蒸汽发生器两台蒸汽发生器,停堆停堆192192天，耗资天，耗资1.91.9亿美元。亿美元。Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院蒸汽发生器传热管面积占一回路承压边界面积的蒸汽发生器传热管面积占一回路承压边界面积的8080左右，传热管壁一般为左右，传热管壁一般为1 11.2mm1.2mm。因而，传热管是整。因而，传热管是整个一回路压力边界中最薄弱的部分。个一回路压力边界中最薄弱的部分。只要有一根蒸汽发生器传热管断裂就可能造成放射性只要有一根蒸汽发生器传热管断裂就可能造成放

34、射性物质的泄漏及核电厂长期停闭。物质的泄漏及核电厂长期停闭。蒸汽发生器热工水力分析、腐蚀与传热管材料的研制、蒸汽发生器热工水力分析、腐蚀与传热管材料的研制、蒸汽发生器结构设计的改进、无损探伤技术、传热管蒸汽发生器结构设计的改进、无损探伤技术、传热管振动、磨损疲惫探讨和二回路水质限制振动、磨损疲惫探讨和二回路水质限制Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院蒸汽发生器分类蒸汽发生器分类依据二回路工质在蒸汽发生器中流淌方式可分为自然循环蒸汽依据二回路工质在蒸汽发生器中流淌方式可分为自然循环蒸汽发生器和直流发生器和直流(强

35、迫循环强迫循环)蒸汽发生器；蒸汽发生器；按传热管形态可分为按传热管形态可分为U U型管、直管、螺旋管蒸汽发生器；型管、直管、螺旋管蒸汽发生器；按设备的安放方式可分为立式和卧式蒸汽发生器；按设备的安放方式可分为立式和卧式蒸汽发生器；按结构特点还有带预热器和不带预热器的蒸汽发生器。按结构特点还有带预热器和不带预热器的蒸汽发生器。压水堆核电厂运用较广泛的有三种：立式压水堆核电厂运用较广泛的有三种：立式U U型管自然循环蒸汽型管自然循环蒸汽发生器、卧式自然循环蒸汽发生器和立式直流蒸汽发生器，其发生器、卧式自然循环蒸汽发生器和立式直流蒸汽发生器，其中尤以立式中尤以立式U U型管自然循环蒸汽发生器应用最为

36、广泛。型管自然循环蒸汽发生器应用最为广泛。Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院立式自然循环蒸汽发生器立式自然循环蒸汽发生器蒸汽发生器由下封头、蒸汽发生器由下封头、管板、管板、U U型管束、汽水型管束、汽水分别装置及筒体组件等分别装置及筒体组件等组成组成一、二回路冷却剂流程一、二回路冷却剂流程循环倍率的定义循环倍率的定义Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院主要设计参数主要设计参数Nuclear Thermohydraulic Re

37、search Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院 U 型型 管管 束束接受接受Inconel-690Inconel-690合金。该材料的抗腐蚀实力有显著改善。合金。该材料的抗腐蚀实力有显著改善。传热管的损坏还与蒸汽发生器的热工水力特性和水质条件传热管的损坏还与蒸汽发生器的热工水力特性和水质条件亲密相关。亲密相关。蒸汽发生器的结构设计、管材、水质限制等方面综合探讨蒸汽发生器的结构设计、管材、水质限制等方面综合探讨改进。改进。对于同种管材，实行适当的热处理及表面处理工艺对提高对于同种管材，实行适当的热处理及表面处理工艺对提高其抗腐蚀性能有重要意义。其抗腐蚀性能有重要意义。Nuc

38、lear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院 管板管板管板是一二次侧压力边界的一部分，它用低合金高强度钢锻造而成。蒸汽管板是一二次侧压力边界的一部分，它用低合金高强度钢锻造而成。蒸汽发生器的管板厚度达发生器的管板厚度达500500700mm700mm，属超厚锻件，要求材料具有优良的塑韧，属超厚锻件，要求材料具有优良的塑韧性及淬透性。大型管板的管孔达近万个，而且对孔径公差、节距公差、形性及淬透性。大型管板的管孔达近万个，而且对孔径公差、节距公差、形位公差及管孔光滑度都要求很高。因而，深钻孔成为蒸汽发生器制造的关位公差及管孔光滑

39、度都要求很高。因而，深钻孔成为蒸汽发生器制造的关键工艺键工艺,也是确定管板制造加工周期的重要因素。也是确定管板制造加工周期的重要因素。管板下方及与冷却剂接触的表面，应堆焊镍基合金。管板二次侧表面旁边，管板下方及与冷却剂接触的表面，应堆焊镍基合金。管板二次侧表面旁边，是发生传热管腐蚀最严峻的区域之一，表面的质淤积比较严峻，所以现代是发生传热管腐蚀最严峻的区域之一，表面的质淤积比较严峻，所以现代蒸汽发生器一般接受管板全长度涨管工艺加端部密封焊接，由此来保证管蒸汽发生器一般接受管板全长度涨管工艺加端部密封焊接，由此来保证管子与管板之间的密封性，消退管子与管板的间隙。管板上表面水平地装设子与管板之间的

40、密封性，消退管子与管板的间隙。管板上表面水平地装设有两根多孔的管道供连续排污用。涨管工艺加端部密封焊接有两根多孔的管道供连续排污用。涨管工艺加端部密封焊接在役检查和停堆换料时的检查：放射性跟踪法，涡流探伤监测在役检查和停堆换料时的检查：放射性跟踪法，涡流探伤监测Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院下下 封封 头头 下封头是蒸汽发生器中承受压差最大的部件，下封头是蒸汽发生器中承受压差最大的部件，通常呈半球形。通常呈半球形。由于表面开有四个大孔由于表面开有四个大孔（接管和人孔），应力状态特别困难，通常（接管和人孔）

41、，应力状态特别困难，通常接受冲压成型制造，技术难度大；也有的接接受冲压成型制造，技术难度大；也有的接受低合金钢铸造，工艺较简洁，但须严格限受低合金钢铸造，工艺较简洁，但须严格限制铸件质量。制铸件质量。Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院 管管 束束 组组 件件 管束是呈正方形排列的倒管束是呈正方形排列的倒U U型管。型管。管束直段分布有若干块支撑板，管束直段分布有若干块支撑板，用以保持管子之间的间距。用以保持管子之间的间距。在在U U型管的顶部弯曲段有防振杆防止管子振动。型管的顶部弯曲段有防振杆防止管子振动。支

42、撑板结构的设计上，应考虑二次侧流体的通过实力，流体的支撑板结构的设计上，应考虑二次侧流体的通过实力，流体的流淌阻力，限制流淌引起的振动及管流淌阻力，限制流淌引起的振动及管-孔间隙中的化学物质的孔间隙中的化学物质的浓缩。浓缩。四叶梅花孔四叶梅花孔(见图见图)。增加管。增加管-孔之间的流速，削减了腐蚀产物孔之间的流速，削减了腐蚀产物和化学物质的沉积，使得该区的腐蚀状况大为改善。和化学物质的沉积，使得该区的腐蚀状况大为改善。传热管四周用套筒包围，从而将二次侧分隔为下降通道及上升传热管四周用套筒包围，从而将二次侧分隔为下降通道及上升通道，形成二次侧自然循环回路。通道，形成二次侧自然循环回路。Nucle

43、ar Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院筒筒 体体 组组 件件 蒸汽发生器筒体组件包括上封头、上筒体、下筒体、锥形过渡段等。上封头呈椭球形，蒸汽出口管嘴中有若干文丘里管组成的限流器，用来限制主蒸汽管道裂开时的蒸汽流量，防止事故时对一次侧的过度冷却，以避开反应堆在紧急停堆后重返临界。上筒体设有给水管嘴并与给水环相连。上筒体还设有两个人孔,必要时可以进人更换干燥器。下筒体在靠近管板处设有若干检查孔，以便检查该区

44、域内的传热管表面和管板二次侧表面。必要时可用高压水冲洗管板上表面的淤渣。（超声波气泡冲洗技术）Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院 二次侧流量安排装置二次侧流量安排装置 给水环的位置稍低于第一级汽水分别器，运行时它沉没在水面以下。给水经焊接在环管上的倒J型管安排到下降通道。给水环上倒J型管沿周边是不匀整分布的。大亚湾核电厂的蒸汽发生器给水环，80%的给水流向热侧，20%的给水流向冷侧。这种布置使蒸发器两侧的蒸发量大致相等，从而避开两侧之间发生热虹吸现象。在管束下部略高于管板处，有一块流量安排板。板上钻的管孔比传

45、热管的直径大，在中心处钻一大孔用于安排流量。流量安排板与U型管束中间设置的挡块相结合，保证在平面上给水分布大致匀整并以足够大的流速冲刷管板表面。Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院汽水分别装置汽水分别装置汽水分别器是自然循环蒸汽发生器的重要部件。汽水分别器是自然循环蒸汽发生器的重要部件。自然循环蒸汽发生器的尺寸在很大程度上取决于汽水分别自然循环蒸汽发生器的尺寸在很大程度上取决于汽水分别装置的结构和工作特性。装置的结构和工作特性。蒸汽发生器的上部设有两级汽水分别器。汽水混合物离开蒸汽发生器的上部设有两级汽水分别器

46、。汽水混合物离开传热管束后经上升段首先进入旋叶式分别器，除掉大部分传热管束后经上升段首先进入旋叶式分别器，除掉大部分水分，然后进入其次级分别器进一步除湿。水分，然后进入其次级分别器进一步除湿。其次级分别器其次级分别器一般是人字型板式干燥器。一般是人字型板式干燥器。Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院旋叶式汽水分别装置旋叶式汽水分别装置Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院水纹板汽水分别装置水纹板汽水分别装置其次级汽水分别器一般接受

47、图所示的带钩水纹板分别器。Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院循环倍率循环倍率 在设计状态时循环倍率应大于在设计状态时循环倍率应大于4 44.54.5：传热要求：循环倍率低，意味着管束出口区含汽量大，空泡传热要求：循环倍率低，意味着管束出口区含汽量大，空泡份额高，因而传热差。为了保证管壁润湿，特殊是防止局部份额高，因而传热差。为了保证管壁润湿，特殊是防止局部区域出现缺液或干枯，一般要求管束出口处的蒸汽含量不超区域出现缺液或干枯，一般要求管束出口处的蒸汽含量不超过过20%25%20%25%，相当于循环倍率大于，相

48、当于循环倍率大于4 4流淌稳定性：循环倍率低可能导致流淌不稳定，流淌振荡现流淌稳定性：循环倍率低可能导致流淌不稳定，流淌振荡现象使传热实力下降，当流淌振荡的幅度足够大时，就可能引象使传热实力下降，当流淌振荡的幅度足够大时，就可能引起水和蒸汽流量的大幅度波动。阅历证明，只要使管束区的起水和蒸汽流量的大幅度波动。阅历证明，只要使管束区的蒸汽含量保持在较低的值或由此相应地把循环倍率保持在较蒸汽含量保持在较低的值或由此相应地把循环倍率保持在较高的水平，就能使流淌达到稳定。高的水平，就能使流淌达到稳定。Nuclear Thermohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学

49、院核科学与技术学院管材腐蚀：管材腐蚀：防止腐蚀的要求应适当提高循环倍率防止腐蚀的要求应适当提高循环倍率自然循环蒸汽发生器优缺点：自然循环蒸汽发生器优缺点：优点：蓄水容积大，具有缓冲作用，对给水及蒸汽的限制要求不高，通过排污量调整炉水水质，优点：蓄水容积大，具有缓冲作用，对给水及蒸汽的限制要求不高，通过排污量调整炉水水质，传热管材料工作较牢靠。传热管材料工作较牢靠。缺点：须要汽水分别装置，使蒸汽发生器结构困难，只能产生饱和蒸汽，循环热效率较低，而且缺点：须要汽水分别装置，使蒸汽发生器结构困难，只能产生饱和蒸汽，循环热效率较低，而且对去湿装置的要求较高。对去湿装置的要求较高。Nuclear The

50、rmohydraulic Research Group秋穗正秋穗正核科学与技术学院核科学与技术学院直流式蒸汽发生器直流式蒸汽发生器 直流式蒸汽发生器优缺点直流式蒸汽发生器优缺点优点：不须要汽水分别器，体积较小；可以获得温度较高优点：不须要汽水分别器，体积较小；可以获得温度较高的微过热蒸汽得以提高电站热效率；变功率运行时的微过热蒸汽得以提高电站热效率；变功率运行时用变更水位的方式可使蒸汽压力基本保持不变。用变更水位的方式可使蒸汽压力基本保持不变。缺点：过热段蒸汽侧的传热系数小，要求较多的换热面积，缺点：过热段蒸汽侧的传热系数小，要求较多的换热面积，使珍贵金属的管材的须要量增多，对二回路水质要使珍