壓水堆核電廠運(yùn)行原理及總體介紹

1、壓水堆核電廠運(yùn)行原 理及總體介紹 二一三年八月2核反應(yīng)電子原子核在核物理學(xué)中，原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，稱為核反應(yīng)3中子和質(zhì)子最初就是通過原子核的人工轉(zhuǎn)變這一核反應(yīng)發(fā)現(xiàn)的：+粒子粒子轟擊氮核質(zhì)子質(zhì)子+粒子粒子轟擊鈹核中子中子和衰變過程一樣，核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒4化學(xué)反應(yīng)中，往往要吸熱或放熱，類似的核反應(yīng)中也伴隨著能量的變化質(zhì)能方程中子質(zhì)子氘核2.2MeV（ ）核反應(yīng)放出的能量叫做核能5 物理學(xué)家研究質(zhì)子、中子和氘核之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)：質(zhì)能方程中子（mn）質(zhì)子（mp）氘核（m）精確的計(jì)算表明氘核的質(zhì)量比中子和質(zhì)子的質(zhì)量之和要小一些質(zhì)量虧損6質(zhì)能方程物體的能量和質(zhì)量之間存在

2、著某種聯(lián)系：愛因斯坦 物體的能量和質(zhì)量之間存在密切的聯(lián)系，他們的關(guān)系是： 核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損，要放出能量，大小為：質(zhì)能方程7裂變核反應(yīng)吸收能量放出能量核子結(jié)合成原子核有些重核分裂成中等質(zhì)量的核有些輕核結(jié)合成中等質(zhì)量的核8物理學(xué)中把重核分裂成質(zhì)量較小的核，釋放核能的反應(yīng)叫做裂變把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，釋放出核能的反映叫做聚變裂變聚變裂變91939年12月，德國(guó)物理學(xué)家哈恩和他的助手斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)，用中子轟擊鈾核時(shí)，鈾核發(fā)生了裂變，釋放出的中子又引起了其他鈾核的裂變，也就是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)鈾核的裂變10鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，一種典型的反映是裂變?yōu)殇^和氪，同時(shí)放出三個(gè)中子，其核反應(yīng)方程

3、是：鈾核的裂變+裂變中釋放出巨大的能量，在上述裂變中，裂變后的總質(zhì)量小于裂變前的總質(zhì)量，質(zhì)量虧損：釋放出的能量為1kg鈾全部裂變，它放出的能量超過2000t優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時(shí)釋放的能量什么是核電站？核電站（nuclear power plant）是利用核裂變(Nuclear Fission)或核聚變(Nuclear Fusion)反應(yīng)所釋放的的能量產(chǎn)生電能的發(fā)電廠。目前商業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)中的核能發(fā)電廠都是利用核裂變反應(yīng)而發(fā)電。核電站一般分為兩部分：利用原子核裂變生產(chǎn)蒸汽的核島（包括反應(yīng)堆裝置和一回路系統(tǒng)）和利用蒸汽發(fā)電的常規(guī)島（包括汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)），使用的燃料一般是放射性重金屬：鈾、钚。世界核電分布圖在當(dāng)

4、前，全世界有33個(gè)國(guó)家和地區(qū)有核電站，核發(fā)電量占全世界發(fā)電總量的17%，有的國(guó)家甚至超過70%。核電站中以壓水堆、沸水堆所占的比例最大。全世界各種堆型核電機(jī)組數(shù)占核電總機(jī)組數(shù)的份額：壓水堆占60%，沸水堆占20%，重水堆占10%，其他堆占10%。核電廠的種類 不同的核電技術(shù)從能量生成機(jī)理上都是一樣的，差別在于冷卻方式的不同，按照冷卻方式不同分為：壓水堆核電廠；沸水堆核電廠；重水堆核電廠；石墨水冷堆核電廠；石墨氣冷堆核電廠；高溫氣冷堆核電廠；快中子增殖堆核電廠等。壓水堆核電站 使用加壓輕水（即普通水）作冷卻劑和慢化劑，且水在堆內(nèi)不沸騰的核反應(yīng)堆。它主要由核島和常規(guī)島組成。壓水堆核電站核島中的四大

5、部件是蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、主泵和堆芯。在核島中的系統(tǒng)設(shè)備主要有壓水堆本體，一回路系統(tǒng)，以及為支持一回路系統(tǒng)正常運(yùn)行和保證反應(yīng)堆安全而設(shè)置的輔助系統(tǒng)。常規(guī)島主要包 括汽輪機(jī)組及二回等系統(tǒng)，其形式與常規(guī)火電廠類似。 沸水堆核電站 沸水堆是以沸騰輕水為慢化劑和冷卻劑并在反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)直接產(chǎn)生飽和蒸汽的動(dòng)力堆。沸水堆與壓水堆同屬輕水堆，都具有結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠、建造費(fèi)用低和負(fù)荷跟隨能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。它們都需使用低富集鈾作燃料。沸水堆核電站系統(tǒng)有：主系統(tǒng)（包括反應(yīng)堆）；蒸汽-給水系統(tǒng)；反應(yīng)堆輔助系統(tǒng)等。重水堆核電站以重水堆為熱源的核電站。重水堆是以重水（H2O2）作慢化劑的反應(yīng)堆，可以直接利用天然鈾作為核

6、燃料。重水堆可用輕水或重水作冷卻劑，重水堆分壓力容器式和壓力管式兩類。重水堆核電站是發(fā)展較早的核電站，有各種類別，但已實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模推廣的只有加拿大發(fā)展起來的坎杜型壓力管式重水堆核電站。 石墨水冷堆這種堆一般以天然鈾金屬元件做燃料。以石墨為慢化劑、水為冷卻劑的熱中子反應(yīng)堆。 石墨氣冷堆以石墨為慢化劑、以氣體（二氧化碳或氦氣）作為冷卻劑的反應(yīng)堆。這種堆經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，產(chǎn)生了三種堆型：天然鈾石墨氣冷堆、改進(jìn)型氣冷堆和高溫氣冷堆?？於押穗娬?由快中子引起鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)所釋放出來的熱能轉(zhuǎn)換為電能的核電站?？於言谶\(yùn)行中既消耗裂變材料，又生產(chǎn)新裂變材料，而且所產(chǎn)可多于所耗，能實(shí)現(xiàn)核裂變材料的增殖。目前，世

7、界上已商業(yè)運(yùn)行的核電站堆型，如壓水堆、沸水堆、重水堆、石墨氣冷堆等都是非增殖堆型，主要利用核裂變?nèi)剂希词乖倮棉D(zhuǎn)換出來的钚-239等易裂變材料，它對(duì)鈾資源的利用率也只有12，但在快堆中，鈾-238原則上都能轉(zhuǎn)換成钚-239而得以使用，但考慮到各種損耗，快堆可將鈾資源的利用率提高到6070?？於巡荒苡盟骼鋮s劑，而普遍采用液態(tài)金屬鈉把熱量帶出來。是世界上第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)的首選堆型，代表了第四代核能系統(tǒng)的發(fā)展方向。核電技術(shù)進(jìn)化過程 中國(guó)核電現(xiàn)狀截止到2013年2月21日，我國(guó)大陸已建成并投入商業(yè)運(yùn)行的核電站有7個(gè)，分別為浙江秦山核電站一期、二期、三期，廣東大亞灣核電站和嶺澳核電站一期、二期，江

8、蘇田灣核電站，共15臺(tái)機(jī)組。此外，2011年7月21日，中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆成功實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電；寧德1號(hào)機(jī)組、紅沿河1號(hào)機(jī)組也分別于2012年12月28日、2013年1月17日成功并網(wǎng)發(fā)電。因此，我國(guó)大陸實(shí)際在運(yùn)機(jī)組共18臺(tái)。截至2012年底，全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到11.44億千瓦，其中核電1257萬千瓦，占全國(guó)總裝機(jī)容量的1.10 %。我國(guó)核電發(fā)展目標(biāo)是：到2020年，核電運(yùn)行裝機(jī)容量爭(zhēng)取達(dá)到4000萬千瓦，并有1800萬千瓦在建項(xiàng)目結(jié)轉(zhuǎn)到2020年以后續(xù)建。核電占全部電力裝機(jī)容量的比重從不到2%提高到4%，核電年發(fā)電量達(dá)到26002800億千瓦時(shí)。世界核電界就因?yàn)槿毡靖u核事故爆發(fā)出現(xiàn)了集體剎車，我國(guó)

9、也不例外。核電項(xiàng)目停止審批、對(duì)在建在運(yùn)核設(shè)施進(jìn)行安全大檢查一系列緊急措施的目的只有一個(gè)：確保核電安全。安全，始終是核電發(fā)展的首要條件。今年兩會(huì)政府工作報(bào)告指出，要“安全高效發(fā)展核電”。在經(jīng)歷了“適度”、“積極”、“大力”等種種調(diào)整之后，我國(guó)核電政策用最直白的“安全高效”宣告了核電建設(shè)的基礎(chǔ)和本質(zhì)。2、建設(shè)中的核電站中國(guó)建設(shè)中的核電站有8個(gè)，分別為遼寧紅沿河一期核電站、福建寧德一期核電站、福建福清核電站、廣東陽江核電站、浙江秦山一期擴(kuò)建-方家山核電站、浙江三門核電站、廣東臺(tái)山核電站、山東海陽核電站。3、籌建中的核電站中國(guó)目前籌建中的核電站約有幾十個(gè)，包括江西彭澤核電站、海南昌江核電站等。核電站和

10、原子彈的異同相同點(diǎn)： 物理原理上同樣都是以鈾-235核燃料的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)為基礎(chǔ)不同點(diǎn)：1）核電廠所用核燃料鈾-235的濃度僅僅3 %左右，而原子彈需要用濃縮至90 %以上的高濃度鈾-235等核燃料。如果簡(jiǎn)單通俗地比喻，就像烈性白酒能夠燃燒，而含酒精度低的啤酒卻無法用火點(diǎn)燃。2）核燃料的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)方式及其控制方法有著本質(zhì)上區(qū)別。核電廠的反應(yīng)堆，其對(duì)核燃料裂變反應(yīng)具備能實(shí)施可控的、并且有多重安全措施的專門結(jié)構(gòu)，根本不具有發(fā)生類似原子彈極快速的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)而爆炸的條件，故可認(rèn)為二者的作用機(jī)理不同。核電和火電的區(qū)別核電廠外觀火電廠外觀火電廠廠房布置火電廠廠房布置核電廠廠房布置核電和火電的區(qū)別核電和火

11、電的區(qū)別核電廠由核島（主要是核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)）、常規(guī)島（主要是汽輪發(fā)動(dòng)機(jī)組）和電廠配套設(shè)施三大部分組成。核燃料在反應(yīng)堆內(nèi)產(chǎn)生的裂變能，主要以熱能的形式出現(xiàn)。它經(jīng)過冷卻劑的載帶和轉(zhuǎn)換，最終用蒸汽或氣體驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。核電廠所有帶強(qiáng)放射性的關(guān)鍵設(shè)備都安裝在反應(yīng)堆安全殼廠房?jī)?nèi)，以便在失水事故或其他嚴(yán)重事故下限制放射性物質(zhì)外溢。為了保證堆芯核燃料在任何情況下等到冷卻而免于燒毀熔化，核電廠設(shè)置有多項(xiàng)安全系統(tǒng)。30核電站秦山核電一期（1300MWe）31核電站秦山核電二期（4600MWe）32核電站秦山核電三期（2700MWe）核電站主控室 壓水堆核電廠的組成 核電站的主要設(shè)備核反應(yīng)堆蒸汽發(fā)生器穩(wěn)壓器

12、主冷卻劑泵汽輪發(fā)電機(jī)組核電站廠房反應(yīng)堆廠房（安全殼廠房）、一回路輔助廠房、核燃料廠房、汽輪發(fā)電機(jī)廠房、主控制室、輸配電廠房、循環(huán)水廠房及三廢處理廠房壓水堆示意圖（1）反應(yīng)堆堆芯熱輸出1930MW（2）環(huán)路數(shù) 2個(gè)（3）一回路系統(tǒng)壓力 15.5Mpa（4）堆芯平均溫度 310.2（5）總蒸汽流量 1083.9kg/s（6）發(fā)電機(jī)功率 650MWe（7）廠用電 47.79Mwe（8）功率因數(shù) 0.9系統(tǒng)總體參數(shù) 系統(tǒng)總體介紹二期共有300多個(gè)系統(tǒng)，大致可以分為六類：一回路部分，如：RCP，RCV，RPE；二回路部分，如：ABP，ADG，VVP；電氣部分， 如：GEX，LAA，LHA；外圍部分， 如

13、：CRF，SHY，SAP；儀控部分， 如：KRG；通風(fēng)，消防，通訊，照明，如：JDT，DVI每個(gè)系統(tǒng)都有一本系統(tǒng)手冊(cè)，它們由設(shè)計(jì)院提供，是規(guī)程編寫的基礎(chǔ)，最重要的參考資料。系統(tǒng)手冊(cè)的內(nèi)容總有共十三章。 一回路系統(tǒng)簡(jiǎn)圖圖 二回路系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 電氣系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 PWR設(shè)計(jì)的基本原則縱深防御原則：預(yù)防：精心設(shè)計(jì)建造運(yùn)行，防止故障發(fā)生保護(hù)：防止事件演變?yōu)槭鹿剩乐蛊琳掀茡p緩解：通過專設(shè)系統(tǒng)盡量減少放射性釋放量應(yīng)急多道屏障：芯塊與包殼一回路壓力邊界安全殼：最后一道屏障基本設(shè)計(jì)原則：固有安全性裕量失效安全、冗余、多樣化質(zhì)量保證定期監(jiān)測(cè)，檢查與功能試驗(yàn)人因單一故障準(zhǔn)則：電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中提出， 目前也廣泛用于流體系統(tǒng)，

14、其要求系統(tǒng)內(nèi)的任何單一故障都不得妨礙系統(tǒng)在整體上履行其所應(yīng)執(zhí)行的功能，冗余性是滿足單一故障準(zhǔn)則的主要手段實(shí)踐的正當(dāng)性風(fēng)險(xiǎn)的來源 核安全的三要素冷卻水裝量：RIS、RCV、PTR，REA循環(huán):主泵、自然循環(huán)、冷凝回流，PZR卸壓冷源：蒸發(fā)器：ARE+VVP(GRE、GCT-C)ASG(+JPD)+GCT-a熱交換器：RRA+RRI+SECPTR+RRI+SECEAS（RIS)+RRI反應(yīng)性控制控制棒溫度效應(yīng)，自穩(wěn)性濃硼酸：REA+RCVPTR+RCV(RIS)RIS004BA放射性包容：燃料與包殼，制造（材料、工藝、設(shè)計(jì)）、通量展平、保護(hù)（OPT,OTT)一回路壓力邊界:保護(hù)（超壓、安全閥）、試

15、驗(yàn)安全殼：保（EAS噴淋,ETY監(jiān)測(cè)、取樣、氫氣處理)，試驗(yàn)多樣性核燃料循環(huán) 九位代碼之機(jī)組代號(hào)以上提到的三字代碼為我廠使用的系統(tǒng)代號(hào)，方便交流，除三字經(jīng)外還有二字經(jīng)，以及數(shù)字這些數(shù)字和代號(hào)組合起來就代表了某一個(gè)具體的設(shè)備如：3RCP001POXE1E2E3FFFG1G2第一位數(shù)字X為機(jī)組代號(hào) 我廠現(xiàn)在運(yùn)行的機(jī)組1、2號(hào)機(jī)組，在建的3、4號(hào)機(jī)組，分別用1、2、3、4代表； 1&2號(hào)機(jī)組公用的部分為9； 3&4號(hào)機(jī)組公用的部分為8； 全廠共用的部分在1&2號(hào)機(jī)組側(cè)為0；在3&4號(hào)機(jī)組側(cè)為5。 三字經(jīng)（系統(tǒng)代號(hào)）代碼中的第2、3、4位為字母，是系統(tǒng)的代碼 E1E2E3表示工藝系統(tǒng) E1代表了該系統(tǒng)

16、的屬性，E2E3表示具體的系統(tǒng)： 例如：A給水（AHP高加給水加熱系統(tǒng)）；E安全殼（安全殼噴淋系統(tǒng)）；R代表與一回路相關(guān)的系統(tǒng)；L電氣（LGA常規(guī)島6.0Kv配電系統(tǒng)）等 如 RCP 反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng) 設(shè)備類型代號(hào)第5、6、7位 FFF代表設(shè)備的編號(hào)，用三個(gè)數(shù)字表示 第8、9位G1G2 代表設(shè)備類型 G1G2表示閥門時(shí)，G1用V表示，G2表示流過閥門的流體的類別 如VA、VB、VC、VL、VD G1G2表示測(cè)量及控制設(shè)備時(shí)，G1用特定字母表示設(shè)備的功能類別； G2表示測(cè)量值的類型 如LD、MC、ST G1G2還有部分常用的如PO代表泵，BA代表罐子，RF熱交換器，JA 斷路器或接觸器 其他代號(hào)

17、廠房代號(hào) xBBC1C2C3 如1R120 第一位X為機(jī)組號(hào) 第2、3位BB為廠房代號(hào)，但一般情況只用一個(gè)字母表示，只有N（核輔助廠房）、M(汽機(jī)廠房)內(nèi)部還需分區(qū)時(shí)，后面再加A,B,C,D,E,F以示區(qū)分。 RX 反應(yīng)堆廠房 MX常規(guī)島廠房 NX 核輔助廠房 KX 燃料廠房 WX 連接廠房 LX 電氣廠房 還有YA、ZC、AL、JX、TC等最后三位C1C2C3為數(shù)字代表房間號(hào)；其中C1代表樓層 ：0代表-7m層、1代表-3.4m層、2代表0m層，依次類推； C2C3代表房間號(hào)；兩個(gè)機(jī)組的設(shè)備在廠房?jī)?nèi)布置基本相同，如果知道3號(hào)機(jī)組的設(shè)備位置只要在C2這一位上加4就得到4號(hào)機(jī)相應(yīng)位置；一二號(hào)機(jī)組

18、也是如此其他代碼電氣系統(tǒng)代碼 LX1X2第一位都是L，廠用電系統(tǒng)第一位都是L第二位X1，代表電壓等級(jí) 交流有6KV G/H、380V K/L、220 V M/N (正常/應(yīng)急) 直流有220V A ，110V B ，48V C ，24V D第三位X2 區(qū)分不同的配電盤其他不遵守規(guī)定的有 ADS901AR，ACW，ACY，KCO等 圖紙代碼為了規(guī)范管理，我們圖紙也進(jìn)行歸類編碼為9位碼，如3RCPLC001第1位為機(jī)組代碼；第2-4位為系統(tǒng)號(hào)；第5-6位為圖紙類型號(hào)，取圖紙類型前兩個(gè)字的第一個(gè)字母組合：LC 流程圖；LG邏輯圖；MN模擬圖，DZ端子圖，JD繼電器圖，YC 一次圖，EC二次圖，SM

19、SAMA圖等最后三位為圖紙頁數(shù)了解這些之后就便于我們查找區(qū)分圖紙，現(xiàn)階段重點(diǎn)關(guān)注流程圖，以及電氣一次圖流程圖 LC電氣一次圖 YC電氣二次圖 EC模擬圖 MN邏輯圖SAMA圖 SMSama圖是美國(guó)制造等協(xié)會(huì)制定的一種約定，一種規(guī)范，它使用各種圖符如：加、減、乘、除、微分、積 分、或門、與門、無擾切換、有擾切換、RS觸發(fā)器、最大值、最小值、取中間值、三取一、上限幅、下限幅等，將控制系統(tǒng)要進(jìn)行何種運(yùn)算處理，它受何種控制，何種制約等表達(dá)出來使有關(guān)的工程技術(shù)人員一看就明白，該控制系統(tǒng)進(jìn)行了何種處理，也可讓人審定它是否合理?是否還可進(jìn)行何種修改，從而獲得更好的效果。 色標(biāo)紅蒸汽、消防水綠除鹽水黑工業(yè)水、

20、冷卻水蘭空氣管 控制區(qū)注意事項(xiàng)如果某一場(chǎng)所中個(gè)別點(diǎn)劑量率明顯高于該場(chǎng)所的平均劑量率，則稱其為“熱點(diǎn)”。 “熱點(diǎn)”劑量率水平不作為場(chǎng)所等級(jí)劃分的依據(jù)。附錄1：系統(tǒng)代碼二期設(shè)計(jì)中以三個(gè)字母表示一個(gè)系統(tǒng)，為了方便大家記憶，特作以下分類說明：A*：給水回路，如ADG（除氧器），APA（電動(dòng)給水泵），APG（SG排污），ARE（主給水），ASG（輔助給水）C*：冷凝器，CEX（凝結(jié)水抽?。?，CFI（循環(huán)水過濾），CRF（循環(huán)水），CVI（真空抽?。〥*：通風(fēng)，裝卸，通訊系統(tǒng)，DV*，DW*（通風(fēng)）E*：安全殼相關(guān)，EAS（安全殼噴淋），EPP（安全殼泄露），ETY（安全殼大氣監(jiān)測(cè)），EVC（堆坑通風(fēng)）G

21、*：汽輪發(fā)電機(jī)及輸電系統(tǒng)，如GCT（汽機(jī)旁排系統(tǒng)）J*：消防相關(guān)的系統(tǒng)，如JDT（火警探測(cè)）K*：儀表和控制，如KIS（地震儀表）L*：電氣系統(tǒng)，如LHA（應(yīng)急電源6。0KV A系列）P*：堆水池，如PMC（核燃料裝貯存）R*：一回路系統(tǒng)，如RCP（反應(yīng)堆冷卻）S*：二回路系統(tǒng)，SA*（壓縮空氣），SE*（水）等T*：三廢系統(tǒng)，如TEG(廢氣系統(tǒng))V*：蒸汽系統(tǒng)，如VVP（主蒸汽系統(tǒng)）X*：輔助蒸汽系統(tǒng)，如XCA（輔助蒸汽生產(chǎn)系統(tǒng)） 附錄2：二字經(jīng)L*：就地測(cè)量設(shè)備，如LD（就地流量測(cè)量）；M*：模擬傳感測(cè)量設(shè)備，如MQ（無功測(cè)量）Q*：計(jì)數(shù)器，如QC（轉(zhuǎn)速計(jì)）S*：邏輯（通斷）傳感器設(shè)備，如SP（壓力測(cè)量通斷信號(hào)）Y*：試驗(yàn)測(cè)量設(shè)備，如YN（液位測(cè)試）注：以上設(shè)備二字代碼的第二個(gè)字母有以下規(guī)律：A-核測(cè)量，D-流量，J-火警，N-液位， P-壓力，Q-無功 ，W-有功， C-速度，H-時(shí)間，T-溫度。V*：閥門，VA（空氣閥門），VB（含硼水閥門），VC（循環(huán)水），VD（除鹽水），VF（燃料油），VL（凝結(jié)水），VN（常規(guī)島閉路冷卻水），VP（一回路冷卻劑），VV（