核岛主要辅助系统综述

1 核电厂系统与设备 Nuclear Power Plant System and Equipment 核岛主要辅助系统 2 3 Ø一回路辅助系统是核电厂核岛的重要组成部分。它 不仅对反应堆动力装置的正常运行是不可缺少的，而且 在事故情况下，为核电厂提供必要的安全措施。在任何 情况下，它都能使反应堆安全地停堆，并能把核电厂释 放的放射性物质数量限制在规定的限值内。 Ø 对于不同的核电厂堆型，一回路辅助系统的设置 和分类方法是不同。典型的压水堆核电厂通常设置 20多个一回路辅助系统。这些系统按其基本功能可 分为三类。 压水堆核电厂一回路辅助系统分类 4 （一）反应堆装置的流体系统 Ø 这类辅助系统的基本功能是为反应堆正常运 行服务，包括启动、停堆、功率运行、调试、 换料和检修等。 Ø 属于这一类系统的有：化学和容积控制系统、 堆芯余热排出系统、设备冷却水系统、硼和 补给水系统、硼回收系统、乏燃料水池冷却 及净化系统、取样系统等。 5 （二）专设安全设施 Ø 专设安全设施是核电厂安全纵深防御的重要组 成部分。在设计基准事故时，用以确保反应堆 安全停堆，并控制放射性和能量释放，尽量限 制其后果，使周围居民安全和健康不受损害。 Ø 属于这一类系统的有：安全注射系统、安全壳、 安全壳喷淋系统、安全壳通风系统、安全壳隔 离系统、空气净化及消氢系统和蒸汽发生器辅 助给水系统等。 6 （三）放射性废物处理系统 Ø 这类辅助系统用于收集、运送、贮存、处理 放射性废物，以防止污染环境，保证厂区内 外人员受到的剂量在允许范围内。 Ø 属于这类的系统有：放射性废液处理系统、 废气处理系统、固体废物处理系统等。 7 Ø 一回路辅助系统（RCV、REA、RRA） Ø 辅助冷却水系统（RRI、SEC 、PTR） 本章（教材第四章）仅介绍第一类： 8 一、RCV系统的主要功能： 1、容积控制 2、化学控制 3、反应性控制 化学容积和控制系统 9 1、容积控制 （1）一回路水容积变化的原因 p水容积随温度的变化而变化（热工学角度看） p不可避免的泄漏(一号密封、主泵2#轴封等） （水力学角度看） （2）水容积变化的影响 一回路水容积变化稳压器水位的变化 10 温度 水的比容随温度的变化关系曲线 容 积 1.4m3/1000kg 300 0C 可见，当一回路 的水从冷态升温 到热态时，水的 比体积约增加 40% 11 （4）容积控制的方法 上充补水，补偿一回路水的收缩和泄漏（硼和水补 给REA系统执行） 下泄排水，吸收一回路水的膨胀，下泄流排往容控 箱或TEP（硼回收）系统 （3）容积控制的目的 吸收稳压器不能全部吸收的一回路水容积的 变化，从而将稳压器的液位维持在整定值上。 12 原理：通过上充下泄将稳压器的液位维持 在“程序液位”。 容积控制原理 13 2、化学控制 （1）一回路的化学问题 物理腐蚀（结垢） 影响热传输，形成热点，导致 燃料包壳破损 化学腐蚀（侵蚀） 高温 + 高氧含量 + 低pH值 化学反应加快 腐蚀进程加速 腐蚀产物受中子辐照活化 一回路比放射性升高 14 冷却剂的放射性来自： 水及其中杂质的活化； 裂变产物的释放； 腐蚀产物的活化； 化学添加物的 活化。 水作为冷却剂在一回路的高温高压和强辐射场中循环 ,它除了载热和慢化中子外,还发生一系列的反应：水和其 中杂质的中子活化反应,水的辐射分解,水对材料的腐蚀及 腐蚀产物的活化、迁移和沉积,裂变产物从破损的燃料元 件中逃逸及其随冷却剂的转移等。这些都导致水质恶化、 回路中放射性增高及结构材料损坏等不良后果。 15 （2）化学控制的目的 限制腐蚀，控制在最低限度。 将一回路水的化学和放射性指标维持在规定 的范围内。 16 （3）化学控制的原理 注入化学试剂，控制pH值（注入7LiOH，中和硼酸） 控制氧含量（机组启动时注入N2H4；正常运行时向容控箱 充入氢气，氢达到一定浓度以抑制水辐照分解生成氧） 净化一回路水（过滤+除盐） 17 化学控制原理 18 (4)化学控制的温度和压力问题 离子交换树脂不能承受60 0C以上的温度； 需将下泄流的压力降至0.20.5MPa； 为防止汽化，必须是先降温，后降压。 19 温度 压力 RCV系统的冷却和降压过程 饱和曲线 禁止区 15.5MPa 2.4MPa 291.40C1400C 0.2MPa 450C 001EX 001-003DI 002RF 013VP 20 Ø 附属功能： 1、向外扫气，定期排放积聚在容积控制箱 内气垫中的裂变气体产物； 2、在设备预加热操作时，用氮气清除水中 排出的溶解氧，或在反应堆停闭期间， 使用氮气以降低一回路水中氢浓度。 21 3、反应性控制（中子毒物控制 ） （2）反应性控制 硼酸溶液的化学补偿 （1） 反应性变化的原因 燃料消耗； 裂变产物、毒物（135氙、149钐等），它们 是吸收中子的毒物，并且浓度随功率变化而变 化； 一回路冷却剂温度变化的温度效应。 22 （4） 反应性慢变化的控制措施 加硼 稀释 除硼 （3）反应性控制的目的 补偿燃耗和毒物带来的负反应性 控制轴向功率偏差 控制R棒（温度调节棒）位在调节带内 保证停堆深度 23 030VP 002BA 上充 TEP下泄 注入纯水V升 REA 排出含硼水V升 注入硼酸V升 030VP 002BA 上充 TEP下泄 REA 排出含硼水V升 稀释 硼化 除硼 030VP 002BA 上充 TEP 除硼段 下泄 REA 自动补给 MN REA上充 下泄 002BA 补充硼水浓度 与一回路相同 24 硼酸控制反应性的优缺点： Ø优点： q 硼酸溶于水中，不需要任何额外空间就能起到吸 收中子的作用，可省去大量控制棒，简化了堆芯布 置和反应堆压力容器顶部结构。 q 可溶性硼酸均匀弥散在慢化剂中,消除了采用控 制棒时造成的堆芯内中子通量密度不均匀现象。 反应堆运行时,控制棒几乎可以全部抽出堆芯,使 堆芯功率分布均匀,对提高燃耗深度有利。 25 Ø缺点： q由于改变冷却剂硼浓度是通过向一回路注入浓 硼酸或纯水同时排出等量的一回路水来实现的， 这一过程一般需要几分钟到几十分钟才能完成。 因此,这种办法对反应性调节速度较慢，因而仅适 于控制较慢的反应性变化。电厂升温过程中反应 性的变化、燃耗引起的反应性变化和裂变产物氙 和钐引起的反应性变化属于此类。 26 对于补偿快速的反应性变化，如多普勒效应、 空泡效应、快速的负荷跟踪和紧急停堆等必须采用 控制棒。硼酸控制的反应性量占总的反应性控制量 的70%左右。 q 硼酸浓度对慢化剂的温度系数有着重要的影响， 在较高的硼浓度下，可能出现正的慢化剂温度系数 ，这是运行安全所不希望的。在压水堆核电厂，为 了保证反应堆安全运行，规定了反应堆工作温度下 冷却剂的硼浓度不应大于1400ppm的限值。 27 4.化容系统的辅助功能 l为主泵提供轴封水 l为稳压器提供辅助喷淋水 l事故工况下，上充泵即为高压安注泵 l一回路为单相（满水）时的压力控制 l一回路的充水、排气和水压试验 28 二、化容系统的组成 化容系统由以下管路组成： 1)下泄回路 2)净化回路 3)上充回路 4)轴封水和过剩下泄回路 另外，化容系统还有一条低压下泄管线和一条除硼管线。 29 002VP 003VP 001EX 003DI 001DI 002RF 安全壳 上充流 001FI RRI 010VP 013VP 去 2 环冷段路 自 3 环路冷段 去稳压器 050VP 227VP 007VP 008VP 009VP 046VP 下泄回路 017VP 去容控箱 去净化回路 自上充泵 Ø 当核电厂在稳态功率运行时，一回路系统某个环路的冷却剂泵的出口处的下泄流先 进入再生热交换器壳侧和三组下泄节流孔板中的一组减温减压后，离开安全壳，再 通过下泄热交换器管侧冷却到树脂床允许的工作温度，又经低压下泄控制阀再减压 后，经过滤器除去颗粒杂质，进入混合床离子交换器，除去以离子状态存在于冷却 剂中的裂变产物和腐蚀产物。 30 017VP 030VP 026VP 001FI 002FI TEP系统 REA系统 002BA 001DE002DE 003DE 上充泵 自下泄回路 上充 净化回路 混合床离子交换器 阳床离子交换器 当下泄流高于57时，将被导向旁路管线，进入容控箱或导入硼回收系统 ，以避免离子交换树脂受到高温而破坏。 31 002BA 001EX 050VP 046VP 033VP 034VP 001PO 002PO 003PO RIS 012VP RIS 013VP 下泄流 往一回路 最小流量线 222VP 223VP 去下泄孔板 227VP往稳压器 上充回路 32 RPE RRI 021RF 258VP 259VP过剩下泄 088VP089VP RRI 003RF 005FI RCP001PO RCP002PO RCP003PO 004FI 003FI 061VP 002P 003P 001P 002BA 033VP 034VP 轴封回水 安全壳 轴封水 轴封水及过剩下泄回路 33 TEP RRA 化 容 系 统 流 程 简 图 除硼回路 TEP002BA 002DE 003DE 001DE 002FI 001FI 004FI 003FI 001EX 002RF 021RF 003RF 002PO 003PO 001PO 005FI RRI RRI 010VP 227VP 050VP 033VP 034VP 061VP 003VP RRI 017VP 030VP 026VP RIS013VP RIS012VP 013VP 366VP367VP 310VP 082VP 过剩 下泄 轴封 回流 主泵 轴封 RIS REA 046VP RPE 258VP 259VP REA018VB TO RCP TO PZR 001DI 003DI 一回路冷端 34 主要设备特性 1.再生式热交换器RCV001EX l该热交换器以上充流为冷源进行热量回收，完成下泄流 一次降压前的一次降温，以防汽化。正常运行时，管侧 的上充流可将壳侧的下泄流的温度从292.4降至140 ，与此同时，上充流的温度从540C升至2660C。 2. 降压孔板RCV001003DI l降压孔板使下泄流的压力15.5MPa降至下泄热交换器的 工作压力2.4MPa。三个并联的孔板通常只需一个投运， 正常流量为13.6m3/h。 35 主要设备特性 3. 下泄热交换器RCV002RF l下泄热交换器完成下泄流的二次降温。下泄流进入 RCV002RF的管侧，壳侧RRI的水将下泄流二次降温至 460C，使其低于净化系统的工作温度并防止二次降压的 汽化。RCV002RF的冷源是设备却水，出口温度由设备 冷却水流量调节阀RRI55VN调节。 4. 下泄控制阀RCV013VP l下泄控制阀实现下泄流的二次降压至0.20.5MPa，使 其低于净化系统的工作压力。 l稳压器为双相时，RCV013VP调节孔板下游的压力，稳 压器为水实体时，RCV013VP用来控制一回路系统的压 力。 36 主要设备特性 5. 除盐器前过滤器RCV001FI l该过滤器用来吸附尺寸大于5µm的固体颗粒，以保护离 子交换树脂不受污染和堵塞。 6.三通阀RCV017VP l离子交换树指的工作温度是46-62.50C。当下泄流温度高 于570C时,该阀将自动切换,使下泄流走旁路，不经除盐 器，直接流入容控箱。 7. 混床除盐器RCV001和002DE l混床除盐器按比例混合装入阳离子、阴离子两种交换树 脂，除去一回路冷却剂中大多数离子态裂变产物（除铯 、钼、钇外）和腐蚀产物