注冊(cè)核安全工程師考前培訓(xùn)綜合

注冊(cè)核安全工程師考前培訓(xùn)綜合第1頁/共85頁2023/4/162

引

言

依據(jù)《民用核安全設(shè)備監(jiān)督管理?xiàng)l例》（國(guó)務(wù)院第500號(hào)令）民用核安全設(shè)備是指在民用核設(shè)施中使用的執(zhí)行核安全功能的設(shè)備，包括核安全機(jī)械設(shè)備和核安全電氣設(shè)備。民用核安全設(shè)備是民用核設(shè)施安全防護(hù)實(shí)體屏障的核心，其質(zhì)量和可靠性直接關(guān)系到核設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行。第2頁/共85頁2023/4/163

第一節(jié)民用核安全設(shè)備的特殊性1、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的確定原則不同。必須考慮在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故工況下仍能可靠地執(zhí)行其規(guī)定的安全功能。2、所有應(yīng)用于設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的計(jì)算分析軟件和驗(yàn)證設(shè)施（試驗(yàn)臺(tái)架、回路等）需通過國(guó)家核安全監(jiān)管部門的認(rèn)可。3、設(shè)備必須根據(jù)相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)備鑒定。在事故工況下，設(shè)備的可運(yùn)行性和功能能夠滿足預(yù)定的要求。4、設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝、焊接和無損檢驗(yàn)等,必須采用成熟的且經(jīng)過驗(yàn)證的技術(shù)或工藝。5、設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝和無損檢驗(yàn)的單位，必須通過HAF601或HAF604資格審查。6、設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝和無損檢驗(yàn)的單位，必須建立滿足HAF003的要求的質(zhì)量保證體系，并在有效控制之下。

7、設(shè)備的相關(guān)活動(dòng)，包括設(shè)計(jì)、制造、安裝、試驗(yàn)、運(yùn)行、在役檢查、維修和退役等，必須在國(guó)家核安全監(jiān)管部門的監(jiān)督下，處于嚴(yán)格受控狀態(tài)。8、核電站核島主設(shè)備：反應(yīng)堆壓力容器(壓力殼)、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器等部件，需考慮冷卻劑腐蝕、核裂變中子輻照、冷卻劑沖刷及振動(dòng)等惡劣環(huán)境工作40-60年。9、部分二回路管道設(shè)備，由于蒸汽流量速度大得多，必須考慮引起流體加速腐蝕(FAC)特殊問題。10.《民用核安全設(shè)備監(jiān)管條例》由報(bào)國(guó)務(wù)院標(biāo)準(zhǔn)化主管部門發(fā)布?！睹裼煤税踩O(shè)備行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》由國(guó)務(wù)院核行業(yè)主管部門組織擬定，經(jīng)國(guó)務(wù)院核安全監(jiān)管部門認(rèn)可，由國(guó)務(wù)院核行業(yè)主管部門發(fā)布，并報(bào)國(guó)務(wù)院標(biāo)準(zhǔn)化主管部門備案?！钡?頁/共85頁2023/4/164

第二節(jié)民用核安全設(shè)備的核安全分級(jí)要求

《核動(dòng)力廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定》（HAF102）中明確規(guī)定了：“必須首先確定屬于安全重要物項(xiàng)的所有構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件，包括儀表和控制軟件，然后根據(jù)其安全功能和安全重要性進(jìn)行分級(jí)。它們的設(shè)計(jì)、建造和維修必須使其質(zhì)量和可靠性與這種分級(jí)相適應(yīng)”。第4頁/共85頁2023/4/165核電廠的機(jī)械設(shè)備分為核安全1級(jí)、核安全2級(jí)、核安全3級(jí)和非核安全級(jí)1、核安全1級(jí)：主要包括組成反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力邊界的所有設(shè)備（反應(yīng)堆壓力容器、反應(yīng)堆冷卻劑泵、穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器的一次側(cè)、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的殼體、主管道等）

2、核安全2級(jí)：主要指反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)承壓邊界內(nèi)不屬于核安全1級(jí)的各種設(shè)備。（冷卻劑壓力邊界的小直徑(DN<10.4mm)的高能管道和閥門、安全殼隔離閥門、余熱排出系統(tǒng)部件、噴淋系統(tǒng)的主要部件、安全注射系統(tǒng)部件、安全殼貫穿件、氫氣控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等）

3、核安全3級(jí)：主要是指下述一些系統(tǒng)的設(shè)備。（提供硼酸的部件；給水系統(tǒng)處于安全殼外的部分；乏燃料貯存池冷卻水系統(tǒng)中的重要部件；用水系統(tǒng)和設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的管道、閥門、泵等）第5頁/共85頁2023/4/166第三節(jié)民用核安全設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)

（一）國(guó)內(nèi)核安全設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)秦山第一、秦山第三和在建的山東海陽等核電廠執(zhí)行的是美國(guó)ASME規(guī)范；大亞灣、嶺澳和在建的遼寧紅沿河、廣東陽江等核電廠執(zhí)行的是法國(guó)《壓水堆核島機(jī)械設(shè)計(jì)建造規(guī)則》（RCC-M規(guī)則），連云港田灣核電廠執(zhí)行俄羅斯的ΠΗΑЭΓ標(biāo)準(zhǔn)。

（二）美國(guó)ASME規(guī)范體系機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME三年修訂一次）、材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）、電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）、核學(xué)會(huì)（ANS）等

（三）法國(guó)RCC-M規(guī)范體系核電廠RCC規(guī)范系列包括RCC-P、RCC-G、RCC-M、RSEM、RCC-E（核島機(jī)械設(shè)備）、RCC-I和RCC-C等，覆蓋了核電廠系統(tǒng)、構(gòu)筑物、機(jī)械設(shè)備、在役檢查、電氣設(shè)備、防火、燃料組件等幾乎全部的核電廠領(lǐng)域。

（四）俄羅斯核電廠標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)（法律法令、核安全法規(guī)及導(dǎo)則、專業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）第6頁/共85頁2023/4/167

第四節(jié)民用核安全設(shè)備常用金屬結(jié)構(gòu)材料（一）金屬結(jié)構(gòu)材料（1）黑色金屬是指鐵和鐵的合金。如鋼、生鐵、鐵合金、鑄鐵等。（2）黑色金屬是指鐵和鐵的合金。如鋼、生鐵、鐵合金、鑄鐵等。（二）金屬結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度等。

（1）強(qiáng)度強(qiáng)度是在外力作用下，材料抵抗塑性變形和斷裂的能力。第7頁/共85頁2023/4/168

在工程上常用來表示金屬材料強(qiáng)度等級(jí)的指標(biāo)有屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度

（1）強(qiáng)度

第8頁/共85頁2023/4/169圖2-13典型的金屬拉伸曲線

a、屈服強(qiáng)度b.抗拉強(qiáng)度

第9頁/共85頁2023/4/1610(2)塑性

(a)伸長(zhǎng)率AA=（L1-L0）/L0×100%式中：L0—試樣原標(biāo)距的長(zhǎng)度（mm）L1—試樣拉斷后的標(biāo)距長(zhǎng)度（mm）

(b)斷面收縮率ZZ=（A0-A1）/A0×100%式中：A0—試樣的原始截面積（mm2）A1—試樣斷面處的最小截面積（mm2）

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(3)硬度

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金屬材料抵抗其它更硬的物體壓入其內(nèi)的能力，叫硬度。

a、布氏硬度（HB）用布氏硬度機(jī)測(cè)試出來的硬度叫布氏硬度。

圖2-15布氏硬度第11頁/共85頁2023/4/1612注冊(cè)核安全工程師講稿提綱

b、洛氏硬度（HR）在洛氏硬度機(jī)上測(cè)試出來的硬度叫洛氏硬度。

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（4）沖擊韌度（ak）第13頁/共85頁2023/4/1614

（5）疲勞強(qiáng)度疲勞破壞是機(jī)械零件失效的主要原因之一據(jù)統(tǒng)計(jì)，在機(jī)械零件失效中大約有80%以上屬于疲勞破壞。由于疲勞破壞前沒有明顯的變形，所以疲勞破壞經(jīng)常造成重大事故，所以對(duì)于軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等承受交變載荷的零件要選擇疲勞強(qiáng)度較好的材料來制造。第14頁/共85頁2023/4/1615

（三）鋼材的非鐵元素及其對(duì)性能的影響結(jié)構(gòu)鋼分為分為碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼中往往添加碳、硅、錳、硫、磷。合金結(jié)構(gòu)鋼中添加一定量的合金元素，如硅、錳、鉬、鎳、硌、礬、鈦、鈮、硼、鉛、稀土等其中的一種或幾種。其中含量多少對(duì)鋼材性能影響較大。第15頁/共85頁2023/4/1616

碳（C）：

超過0.23%時(shí)，鋼的焊接性能變差，碳量一般不超過0.20%。硫（S）：具有熱脆性，使焊接性變差，硫還能降低鋼的塑性和沖擊韌性。氧（O）：

有害作用同硫，增加鋼的脆性硅（Si）：

過量的硅會(huì)降低鋼的塑性和沖擊韌性，惡化鋼材的抗腐蝕性和焊接性。

第16頁/共85頁2023/4/1617鉻（Cr）：在結(jié)構(gòu)鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性。第17頁/共85頁2023/4/1618鎳(Ni)：鎳能提高鋼的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對(duì)酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。釩(V)：釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。釩與碳形成的碳化物，可提高在高溫高壓下抗氫腐蝕能力。氮(N):氮能提高鋼的強(qiáng)度，低溫韌性和焊接性。氮(N):氮能提高鋼的強(qiáng)度，低溫韌性和焊接性。第18頁/共85頁2023/4/1619（四）輻照對(duì)金屬材料的影響輻照生長(zhǎng)：能在一定晶面上聚集，從而造成某些材料沿一定方向的尺寸隨輻照而顯著變化。輻照生長(zhǎng)對(duì)各向異性的核燃料(如鈾、钚)和結(jié)構(gòu)材料（如石墨、鋯）是一個(gè)很重要的問題。輻照腫脹：空位和惰性氣體原子的聚集可以造成輻照腫脹。它表現(xiàn)為材料的體積和密度隨輻照發(fā)生變化。核燃料在較高溫度時(shí)以及快中子堆中的不銹鋼都有腫脹問題。輻照蠕變：可以導(dǎo)致蠕變或加速熱蠕變。輻照蠕變和輻照劑量或輻照通量有關(guān)。輻照硬化和輻照脆化:使金屬硬化屈服強(qiáng)度提高等，對(duì)反應(yīng)堆壓力殼體鋼有重要威脅。第19頁/共85頁2023/4/1620（五）核安全設(shè)備常用鋼材秦山一期和秦山二期一臺(tái)反應(yīng)堆壓力容器選用的就是SA508Gr3鋼。出于安全的考慮，法國(guó)RCC-M規(guī)范對(duì)承壓零件以及涉及安全功能的非承壓零件所用金屬材料有相當(dāng)多的特殊要求。該規(guī)范有一套非常完整而系統(tǒng)的體系來規(guī)范這些金屬材料的生產(chǎn)、采購(gòu)和使用，具有較好的可操作性。第20頁/共85頁2023/4/1621

第五節(jié)主要民用核安全設(shè)備舉例（一）反應(yīng)堆壓力容器（日本福島第一核電廠的反應(yīng)堆壓力容器在極惡劣的環(huán)境下也未發(fā)生破裂）。反應(yīng)堆壓力容器長(zhǎng)期工作在高溫（320℃左右）、高壓（15.5MPa左右）、含硼酸水介質(zhì)和高放射性輻照的條件下，屬于在核電廠整個(gè)壽期內(nèi)（一般40年至60年）不可更換的設(shè)備。

反應(yīng)堆壓力容器是核電廠最關(guān)鍵的部件之一，在核電廠安全分析中，不考慮其失效。

壓水堆核電廠反應(yīng)堆壓力容器是一個(gè)底部焊有半球形封頭的圓筒形承壓密封容器。第21頁/共85頁2023/4/1622反應(yīng)堆壓力容器結(jié)構(gòu)圖

壓力容器材料要求有較高的機(jī)械性能、抗輻照性能和熱穩(wěn)定性，常用材料一般為低合金高強(qiáng)度Mn-Mo-Ni合金鋼。第22頁/共85頁2023/4/1623為了滿足壓力容器在高溫、高壓及強(qiáng)輻照條件下工作的特殊要求，考慮到核電廠壽期內(nèi)冷卻劑的流動(dòng)沖刷，含硼水對(duì)材料的腐蝕，耐輻照性能及金屬的老化等因素，壓力容器材料要求有較高的機(jī)械性能、抗輻照性能和熱穩(wěn)定性，常用材料一般為低合金高強(qiáng)度Mn-Mo-Ni鐵素體鋼高強(qiáng)度低鐵素體低合金鋼。

（1）壓水堆核電廠鋼材我國(guó)、法、德、日均采用Mn-Ni-Mo鋼如采用美國(guó)ASMESA-508Gr3Cl1鍛件或法國(guó)的RCC-MM213116MND5鍛件等（這兩種材料性質(zhì)相似）。

AP1000反應(yīng)堆壓力容器也采用ASMESA-508Grade3Cl1鍛件和板材制造，筒體壁厚203mm，內(nèi)部帶有5.6mm厚的奧氏體不銹鋼（308L）堆焊層。俄羅斯采用Cr-Ni-Mo鋼。第23頁/共85頁2023/4/1624（2）高溫氣冷堆

高溫氣冷堆的反應(yīng)堆壓力容器比壓水堆的反應(yīng)堆壓力容器要大得多，且形狀比較細(xì)長(zhǎng)。（筒體上段是由厚度為131mm的ASMESA-533B鋼板拼焊而成，下段是由厚度為204mm的ASMESA-508Gr3整體鍛件焊接而成，下封頭是由厚度為83mm的ASMESA-508Gr3鍛板熱沖壓而成）。第24頁/共85頁2023/4/1625（3）AP1000反應(yīng)堆壓力容器

AP1000反應(yīng)堆壓力容器是由上封頭、上筒體、下筒體、過渡段、下封頭組成，也采用ASMESA-508Grade3Cl1鍛件和板材制造，筒體壁厚203mm，內(nèi)部帶有5.6mm厚的奧氏體不銹鋼（308L）堆焊層。下封頭、過渡段、下筒體和上筒體焊接在一起。下封頭上沒有貫穿件，堆芯中子測(cè)量?jī)x表從上封頭引入，減少了下封頭貫穿件失效引起的堆芯損壞風(fēng)險(xiǎn)。第25頁/共85頁2023/4/1626（二）反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件壓水堆堆內(nèi)構(gòu)件由高合金鋼制成。主要包括上部堆內(nèi)構(gòu)件和下部堆內(nèi)構(gòu)件兩大部分。1.下部構(gòu)建第26頁/共85頁2023/4/1627

2.上部堆內(nèi)構(gòu)件第27頁/共85頁2023/4/1628

（三）控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括內(nèi)部鉤爪組件、驅(qū)動(dòng)軸組件、耐壓殼組件、磁軛線圈組件和位置指示組件，第28頁/共85頁2023/4/1629銷爪式磁力提升型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)第29頁/共85頁2023/4/1630

（四）蒸汽發(fā)生器蒸汽發(fā)生器（SG）是壓水堆核電站一回路和二回路之間的樞紐，它將反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量傳遞給二回路，將二回路的給水變成蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)做功。（立式U形管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器和臥式自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器）。第30頁/共85頁2023/4/1631

（五）、穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器是對(duì)一回路冷卻劑系統(tǒng)壓力進(jìn)行控制和超壓保護(hù)的重要設(shè)備，基本功能是建立并維持一回路系統(tǒng)的壓力，避免冷卻劑在反應(yīng)堆內(nèi)發(fā)生容積沸騰。穩(wěn)壓器分為氣罐式和電加熱式兩種。第31頁/共85頁2023/4/1632立式U形管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器

第32頁/共85頁2023/4/1633穩(wěn)壓器

穩(wěn)壓器高強(qiáng)度低合金Mn-Mo-Ni鐵素體鍛鋼制成

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（六）、反應(yīng)堆冷卻劑泵反應(yīng)堆冷卻劑泵（簡(jiǎn)稱主泵）是壓水堆冷卻劑回路系統(tǒng)中唯一高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備，又是十分精密功率強(qiáng)大的設(shè)備，屬于壓水堆電站的關(guān)鍵設(shè)備之一。主泵多是立式、單級(jí)軸密封泵

第34頁/共85頁2023/4/1635立式、單級(jí)軸密封泵立式冷卻劑泵從底部到頂部可分為三個(gè)部分，即水力機(jī)械部分、軸密封組件部分和電動(dòng)機(jī)部分。第35頁/共85頁2023/4/1636泵的選用

美國(guó)的AP600和AP1000堆型核電站采用的是每個(gè)環(huán)路并聯(lián)兩臺(tái)全密封的屏蔽離心泵，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的一臺(tái)軸密封泵。高溫氣冷堆采用氦氣作為冷卻劑，氦氣流動(dòng)動(dòng)力來自于氦風(fēng)機(jī)。每個(gè)環(huán)路2臺(tái)氦風(fēng)機(jī)，直接位于蒸汽發(fā)生器的頂部。大亞灣核動(dòng)力廠主循環(huán)泵是空氣冷卻、立式、電動(dòng)、單級(jí)離心泵，帶有可控泄漏軸封裝置。第36頁/共85頁2023/4/1637

（七）、主管道

壓水堆核電站的反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)由2～4個(gè)環(huán)路組成，每條環(huán)路包括一臺(tái)蒸汽發(fā)生器、一臺(tái)主泵和將這些設(shè)備與反應(yīng)堆壓力容器連接起來的反應(yīng)堆冷卻劑管道，也稱主管道。每條環(huán)路中反應(yīng)堆壓力容器與蒸汽發(fā)生器之間的主管道稱為熱管段（熱腿），蒸汽發(fā)生器與主泵之間的主管道稱為過渡段，主泵與反應(yīng)堆壓力容器之間的主管道稱為冷管段（冷腿），每個(gè)管段上還帶有一定數(shù)量的接管嘴。

主管道屬于厚壁大口徑奧氏體不銹鋼，對(duì)焊接過程要求極為嚴(yán)格，焊縫內(nèi)不得存在任何宏觀或微觀焊接缺陷。第37頁/共85頁2023/4/1638

（八）、安全殼附件（一）安全殼鋼襯里在預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼內(nèi)，一般有一層起密封作用鋼襯里。安全殼鋼襯里一般由底板、截錐體、圓柱形筒體和穹頂組成，形成整體壓力“容器”（二）鋼制安全殼是安全殼容器式反應(yīng)堆廠房的一道重要安全屏障，也是非能動(dòng)安全系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一。主要受壓元件材料為ASMESA738Gr.B，筒體壁厚：44.45、47.6mm，外形尺寸：39624（直徑）×65634（高）mm。（三）人員閘門人員閘門是供工作人員經(jīng)與輔助廠房連接的專用通道以出入安全殼。設(shè)有一個(gè)應(yīng)急用人員閘門，供工作人員在應(yīng)急情況通過更衣室廠房出入安全殼。（四）設(shè)備閘門設(shè)備閘門貫穿筒節(jié)預(yù)埋在安全殼混凝土內(nèi)，并與安全殼鋼襯里焊接。（五）安全殼貫穿件安全殼貫穿件包括機(jī)械貫穿件和電氣貫穿件兩類。貫穿件是由一個(gè)穿過安全殼混凝土壁面并錨固在混凝土上的鋼套管及兩個(gè)接頭構(gòu)成。第38頁/共85頁2023/4/1639

安全殼貫穿件第39頁/共85頁2023/4/1640

（一）硼注箱（二）安注箱第40頁/共85頁2023/4/1641

（九）、其他核級(jí)容器和管道壓水堆核電廠各系統(tǒng)中還用到很多核級(jí)容器，如硼注箱、安注箱、容積控制箱、卸壓箱、硼酸制備箱、濃硼酸卸放箱、設(shè)冷水波動(dòng)箱等。（一）硼注箱硼注箱位于高壓安注泵出口，高壓安注水經(jīng)硼注箱進(jìn)入一回路冷段。硼注箱由筒體、封頭、筒式支座、接管和人孔組成。主體材料多為P355GH碳鋼，內(nèi)表面堆焊不銹鋼。

（二）安注箱安全殼內(nèi)每個(gè)環(huán)路的冷管段上都接著一個(gè)安注箱。安注箱為一直立式筒體結(jié)構(gòu)，總?cè)莘e約50m3，內(nèi)充2000ppm的含硼水，用加壓40～60公斤的氮?dú)飧采w。中壓安注為非能動(dòng)安全系統(tǒng)，不用安注信號(hào)啟動(dòng)。當(dāng)RCP系統(tǒng)壓力降到安注箱內(nèi)壓力以下時(shí)，由氮?dú)鈱⒑鹚畨喝隦CP系統(tǒng)冷段。主體材料多為Z2CN19-10控氮不銹鋼。第41頁/共85頁2023/4/1642（十）、核2、3級(jí)泵（1）上充泵/高壓安注泵上充泵是化學(xué)與容積控制系統(tǒng)的一個(gè)重要設(shè)備。在正常工況下向反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)輸送凈化水、泄露補(bǔ)充水和主泵軸封水。（2）輔助給水泵輔助給水泵屬于專設(shè)安全設(shè)施，作為主給水系統(tǒng)的后備，當(dāng)主給水喪失時(shí)，一直處于熱備用狀態(tài)的輔助給水泵立即啟動(dòng)向蒸汽發(fā)生器二次側(cè)提供給水。

（十一）、核級(jí)閥門秦山二期2×650MW核電站中，核級(jí)閥門（不包括風(fēng)閥）就有3500臺(tái)左右，其中核1級(jí)閥門約150臺(tái)左右（有截止閥、隔膜閥、閘閥、蝶閥、球閥、止回閥、彈簧式安全閥、先導(dǎo)式安全閥等）。

（十二）、核級(jí)熱交換器核2級(jí)的主要有余熱排出熱交換器、安全殼噴淋熱交換器、化容熱交換器，核3級(jí)的主要有再生熱交換器、下泄熱交換器、設(shè)冷水熱交換器等等。

第42頁/共85頁2023/4/1643（1）余熱排出熱交換器

余熱排出熱交換器為立式U型管殼式熱交換器。第43頁/共85頁2023/4/1644（2）再生熱交換器

該熱交換器是以管內(nèi)的上充流為冷源進(jìn)行熱量回收，完成下泄流降壓前首次冷卻降溫。（3）板式換熱器板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、單位體積設(shè)備提供的傳熱面積大，有利于傳熱。

第44頁/共85頁2023/4/1645

謝謝第45頁/共85頁2023/4/1646

注冊(cè)核安全工程師綜合知識(shí)（新）

第五章非堆核燃料循環(huán)設(shè)施

潘英杰郵箱：panyj@

2013年6月大亞灣

第46頁/共85頁2023/4/1647引言1.核燃料是指含有易裂變核素，在反應(yīng)堆內(nèi)使自持核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)得以實(shí)現(xiàn)的材料。（它主要有易裂變核素和可轉(zhuǎn)換核素兩種成分組成。所謂易裂變核素是指能與慢中子作用而產(chǎn)生裂變的核素。235U、239Pu、和233U，而241Pu也具有良好的裂變性能。可轉(zhuǎn)換核素是指俘獲中子后能直接或間接地轉(zhuǎn)變?yōu)橐琢炎兒怂氐暮怂亍?38U、232Th，而240Pu、234U也能起可轉(zhuǎn)換核素的作用）。2.核燃料進(jìn)入核反應(yīng)堆前的加工過程稱為核燃料循環(huán)的前段，包括鈾礦勘探、開采、提取、精制（純化）、轉(zhuǎn)化、濃縮、燃料元（組）件制造等過程。3.核燃料循環(huán)分為閉路式和開路式兩大類第47頁/共85頁2023/4/1648核燃料循環(huán)的模式綜合簡(jiǎn)圖第48頁/共85頁2023/4/16494.鈾資源

據(jù)估計(jì)，地殼中的平均鈾含量約為4×10-6，海水含量3×10-9。在地殼表層20公里范圍內(nèi)，鈾的總含量大約有4.5億噸。但是鈾的分布很分散，絕大部分鈾礦品位很低，目前尚無開采價(jià)值。世界上只有扎伊爾與加拿大兩國(guó)有較高品位的鈾礦，礦石中含鈾達(dá)1－4％。世界其他國(guó)家鈾礦石含鈾量多在0.05－1.0％之間。第49頁/共85頁2023/4/16505.2011年世界已探明鈾資源量(1000噸U)

鈾資源級(jí)別＜40美元/kg＜80美元/kg＜130美元/kg＜260美元/kg以查明常規(guī)資源總量680.93078.5

5327.2

7096可靠資源493.9

2014.8

3455.5

4378.7推斷資源187.0

1063.7

1871.7

2717.92302世界低于80美元/kg的鈾資源是307.9萬噸，低于130美元/kg的鈾資源是532.7萬噸,世界上各類鈾資源總儲(chǔ)量將刷新為709.6萬噸。第50頁/共85頁2023/4/16516.全球鈾資源的分布第51頁/共85頁2023/4/16527.

天然鈾同位素及有關(guān)數(shù)據(jù)鈾同位素放射性及放射量線能量Mev半衰期年所占比份%鈾-238(UⅠ)α48.94.184.49×10999.285鈾-234(UⅡ)α48.94.762.48×1050.005鈾-235(AcU)α2.24.587.17×1080.710第52頁/共85頁2023/4/1653第一節(jié)鈾礦地質(zhì)勘探1.鈾礦地質(zhì)勘探是鈾礦開采的基礎(chǔ)，通過大量的勘探活動(dòng)，確定鈾礦床類型、礦物組成、成礦原因、水文地質(zhì)特性、礦體特性、礦床范圍、鈾品位、礦體形狀、資源量和遠(yuǎn)景儲(chǔ)量，并給出有關(guān)鈾礦的相關(guān)參數(shù)和數(shù)據(jù)圖、以及各種鈾礦地質(zhì)勘探成果圖和相關(guān)水文地質(zhì)和礦山開采等技術(shù)資料，為鈾礦的開采設(shè)計(jì)提供可靠的地質(zhì)儲(chǔ)量報(bào)告。第53頁/共85頁2023/4/1654鈾礦航空γ測(cè)量及野外步行γ測(cè)量第54頁/共85頁2023/4/16552.鈾礦找礦按照程序分為地質(zhì)調(diào)查、鈾礦普查、揭露三個(gè)階段。(1)地質(zhì)調(diào)查：大范圍調(diào)查地質(zhì)構(gòu)造，根據(jù)成礦規(guī)律，尋找可能成礦區(qū)域、地域和范圍。(2)鈾礦普查：野外放射性普查、深部天然鈾層礦化的放射性測(cè)量、礦石的放射性測(cè)量。(3)揭露：通過勘探對(duì)礦床進(jìn)行全面工業(yè)評(píng)價(jià)，勘探手段主要是鉆探和硐探，當(dāng)需要進(jìn)行硐探時(shí)，就需要打豎井或坑道對(duì)地下礦體進(jìn)行詳細(xì)探查和取樣，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室放射性測(cè)量。確定鈾礦床類型、礦物組成、成礦原因、水文地質(zhì)特性、礦體特性、礦床范圍、鈾品位、礦體形狀、資源量和遠(yuǎn)景儲(chǔ)量。為鈾礦山開采設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。第55頁/共85頁2023/4/1656第二節(jié)鈾礦開采

鈾礦的開采應(yīng)在充分掌握地質(zhì)勘查資料和地質(zhì)報(bào)告基礎(chǔ)上，根據(jù)礦床儲(chǔ)量、特點(diǎn)及所在地的實(shí)際情況，科學(xué)確定礦山建設(shè)規(guī)模、服務(wù)年限。根據(jù)礦床地質(zhì)構(gòu)造、形態(tài)、埋藏深度和賦存狀況，礦山地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，合理選擇開拓方案、采礦方法。礦山開采一般采用地下開采、露天開采，或是原地爆破浸出、原地浸出采礦工藝。開采方式選擇的目的是安全、環(huán)保、合理、經(jīng)濟(jì)、最大限度的將鈾礦資源從地下回采出來。第56頁/共85頁2023/4/1657中國(guó)版圖上的鈾礦基地第57頁/共85頁2023/4/1658選擇開采方法的具體要求：第一，經(jīng)濟(jì)方面投資和成本的綜合經(jīng)濟(jì)效益好；基建速度快，能早日獲得投資效果；生產(chǎn)能力高，生產(chǎn)效率高，取得較高的產(chǎn)出投入比；資源回收率高，最經(jīng)濟(jì)地獲得產(chǎn)品。第二，技術(shù)方面適應(yīng)礦床賦存的具體條件、勘探程度、開采技術(shù)條件和設(shè)備條件；第三，安全和環(huán)境保護(hù)方面第58頁/共85頁2023/4/1659地下開采

地下開采一般在礦床離地表較深，采掘比極大的條件下采用。這種方法的工藝過程比較復(fù)雜。地下開采的缺點(diǎn)是：采礦勞動(dòng)強(qiáng)度大，井下防護(hù)條件差，通風(fēng)要求高，生產(chǎn)效率低，損失、貧化率比較高，同時(shí)存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。第59頁/共85頁2023/4/1660機(jī)械化地下開采技術(shù)第60頁/共85頁2023/4/16612.1.鈾礦常規(guī)開采鈾礦常規(guī)開采方式有露天開采和地下開采露天開采露天開采通常認(rèn)為開采適用于礦體大、埋藏較淺、覆蓋層不厚的礦床。露天開采與地下開采相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械化程度高，生產(chǎn)能力大，勞動(dòng)生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低，勞動(dòng)條件好，礦石損失小。露天開采的缺點(diǎn)是：需要?jiǎng)冸x排棄大量廢石，壓占土地較多，受天氣影響大，生態(tài)環(huán)境問題較多。第61頁/共85頁2023/4/1662常規(guī)礦山化學(xué)礦山：原地浸出溶液—離子交換—淋洗或（萃取、反萃取）—沉淀—過濾—鈾化學(xué)濃縮物（產(chǎn)品）露天礦山地下礦山

平硐豎井斜井礦山水冶常規(guī)水冶：粗碎—放射性選礦—（中、細(xì)）碎—磨礦—浸出—

離子交換—淋洗或（萃取、反萃?。恋怼^濾—鈾化學(xué)濃縮物（產(chǎn)品）地表堆浸：（粗、中、細(xì)）碎—浸（滲濾）出液—離子交換—淋洗或（萃取、反萃取）—沉淀—過濾—鈾化學(xué)濃縮物（產(chǎn)品）地下堆浸：原地爆破浸出液—離子交換—淋洗或（萃取、反萃取）—沉淀—過濾—鈾化學(xué)濃縮物（產(chǎn)品）鈾礦開采、選冶加工

（1）鈾礦開采和選冶加工注冊(cè)核安全工程師講稿提綱

第62頁/共85頁2023/4/1663鈾化學(xué)濃縮物（黃餅）—硝酸溶解—過濾—萃取—酸洗—水洗—反萃取—濃縮及脫硝—沉淀—固液分離—轉(zhuǎn)化結(jié)晶—過濾—煅燒（880℃）—冷卻—UO2、U3O8產(chǎn)包裝（核純級(jí)或核電級(jí)天然鈾）

國(guó)際天然鈾交易通常都是用U3O8產(chǎn)品進(jìn)行的，這是由于U3O8是鈾化合物中最穩(wěn)定的緣故

（2）鈾精制（純化）注冊(cè)核安全工程師講稿提綱

第63頁/共85頁2023/4/1664（3）鈾礦選冶回收流程示意圖簡(jiǎn)化流程露天開采選礦破碎磨細(xì)鈾浸出地下開采地浸開采母液分離純化洗滌壓濾干燥加工黃餅產(chǎn)品礦石化學(xué)試劑酸法堿法吸附法萃取法第64頁/共85頁2023/4/16652.1.1地下開采礦床開拓提升運(yùn)輸?shù)V井通風(fēng)礦井排水采礦方法（充填采礦法、空?qǐng)霾傻V法和崩落采礦法)第65頁/共85頁2023/4/16662.1.2露天開采通過開掘露天溝道，剝離礦體上部的表土和覆蓋巖層，使礦體露出，在敞露的地表對(duì)礦體進(jìn)行采剝的開采方式。礦體賦在于地平面以上的山坡，并在山坡剝采的為山坡露天；礦體賦存于地面以下，向下部剝采的為凹陷露天第66頁/共85頁2023/4/1667

2.2．化學(xué)采礦化學(xué)采礦與常規(guī)采礦相比的優(yōu)點(diǎn)：①.投資和經(jīng)營(yíng)費(fèi)用低；②.勞動(dòng)強(qiáng)度?。虎?生產(chǎn)勞動(dòng)環(huán)境較好，礦工的職業(yè)受照劑量較低；④對(duì)地表環(huán)境的污染少：生產(chǎn)工藝過程產(chǎn)生的廢水、廢渣量較少，對(duì)地表影響較小?；瘜W(xué)采礦的缺點(diǎn)是：①應(yīng)用有一定的局限性：只適用于具有一定地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的礦床：礦床需大致呈水平狀，底板不滲漏，礦層位于靜止水位之上，且具有較好的滲透性。②.存在對(duì)地下環(huán)境造成污染的問題：可使地下水中某些化學(xué)元素增高，因此，必須加強(qiáng)對(duì)地下水污染控制措施及退役后地下水修復(fù)。第67頁/共85頁2023/4/16682.2.1.原地爆破浸出原地爆破浸出一般先采出30％的礦石，對(duì)余下的70％礦體采用微差擠壓爆破方法，將礦石按規(guī)定的礦塊粒度要求進(jìn)行崩落，然后注入溶浸劑溶解礦石中的鈾，并收集浸出液再抽到地表。原地爆破浸出采鈾優(yōu)點(diǎn)省去或減少了采場(chǎng)管理、采空區(qū)處理、礦石運(yùn)輸、破碎等多道工序。其工藝簡(jiǎn)單、效率高、成本低，放射性固體廢物排放量少，綜合經(jīng)濟(jì)效益及地表環(huán)境效益好。原地爆破浸出缺點(diǎn)①.資源回收率較低。②.爆破后井下存留70～80％的鈾礦，會(huì)產(chǎn)生高濃度氡和氡的衰變子體，對(duì)礦井大氣污染較高。③.井下布液浸出及終采后堆積廢渣對(duì)地下水可能產(chǎn)生影響。第68頁/共85頁2023/4/16692.2.2.原地浸出原地浸出采鈾是指礦石處于天然埋藏條件下，沒有經(jīng)過任何采掘和位移，徹底省去了常規(guī)開采的工藝過程及工程設(shè)施，只需打鉆孔將浸出液輸送到水冶廠進(jìn)行回收鈾的新工藝。

原地浸出采鈾具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：①.建設(shè)投資少、周期短，生產(chǎn)能耗和成本低。②.勞動(dòng)強(qiáng)度小、勞動(dòng)條件好。③.能最大限度的回收鈾資源，大大的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，與常規(guī)采礦相比，生產(chǎn)效率提高5～10倍。④.對(duì)地表環(huán)境的污染少，基本上不破壞農(nóng)田、土地和山林。

原地浸出采鈾具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：①.受地質(zhì)條件限制。②.地下水受到一定污染，修復(fù)難度大。第69頁/共85頁2023/4/1670地浸工業(yè)場(chǎng)地第70頁/共85頁2023/4/1671地浸水冶廠外景第71頁/共85頁2023/4/1672第三節(jié)、鈾的提取和精制（純化）鈾的提取是用化學(xué)試劑（包括酸、堿、鹽的水溶液和有機(jī)溶劑）把礦石中鈾的有用組分轉(zhuǎn)化為可溶性化合物，再經(jīng)固液分離把含鈾的浸出液與礦渣分離，然后用離子交換、萃取、沉淀等方法對(duì)含鈾濃度低、雜質(zhì)含量高的浸出液進(jìn)行天然鈾的濃縮、提取，得到鈾化學(xué)濃縮物。天然鈾產(chǎn)品：重鈾酸銨［（NH4）2U2O7］、重鈾酸鈉［Na2U2O7］，也可生產(chǎn)得到八氧化三鈾［U3O8］統(tǒng)稱稱“黃餅”第72頁/共85頁2023/4/1673鈾水冶流程示意圖第73頁/共85頁2023/4/1674

5.3.1．常規(guī)鈾水冶工藝開采出的鈾礦石大多含鈾量較低，并常常含有較高的硫化物、碳酸鹽、黏土、有機(jī)物，以及各種金屬氧化物等雜質(zhì)。常規(guī)鈾水冶工藝過程是將選礦后的鈾精礦，進(jìn)行破碎磨細(xì)，再用溶浸劑（酸或堿）進(jìn)行浸泡和攪拌將鈾浸出。對(duì)含鈾溶液進(jìn)行純化，離子交換或溶劑萃取去除雜質(zhì)，再進(jìn)入沉淀工序；最后進(jìn)