核电厂系统与动力设备：04 第四章 压水堆核电厂一回路系统设备.ppt

1第四章第四章压水堆一回路系统及重要设备 2主要内容主要内容 3一回路主系统组成一回路主系统组成24个环路堆芯压力容器热腿稳压器蒸汽发生器冷腿主泵 4三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中心呈辐射状布置只有一台稳压器堆芯低于出口管嘴，利于堆芯淹没和自然循环 5一回路系统主要功能在核电厂正常功率运行时将堆内产生的热量载出.在停堆后的第一阶段，经蒸汽发生器带走堆内的衰变热系统的压力边界和屏障冷却剂作为毒物硼的载体，并起慢化剂和反射层作用系统的稳压器用来控制一回路的压力，防止堆内发生偏离泡核沸腾，同时对一回路系统实行超压保护 6大亚湾核电厂一回路系统主要参数参看68页 表411 系统额定热功率，堆芯额定热输出功率，发电功率的区别2 工作压力？进出口温度？过冷度？设计温度？3 压力损失情况：堆芯，蒸汽发生器4. 二次侧工作压力 7安全辅助系统安全辅助系统第一类 牵涉到核安全的安全系统 4 安注，安喷，辅助给水，安全壳隔离系统 第二类 保证反应堆和压力回路正常启动、运行和 停堆的核辅助系统 11 化容，余热排出，设备冷却水，等11项第三类 回收和处理放射性废物以保护和监测环境的系统 3 废液处理，废气处理，废固处理系统 8蒸汽发生器蒸汽发生器一、二回路的枢纽，分隔一、二次侧介质的屏障，传热不传质承压面积大：蒸汽发生器传热管面积占一回路承压边界面积的80左右，传热管壁一般为1-1.2mm。

因而，传热管是整个一回路压力边界中最薄弱的部分一根蒸汽发生器传热管断裂就可造成放射性泄漏及核电厂长期停闭事故率高：蒸汽发生器传热管断裂事故在核电厂事故中居首要地位非计划挺堆四分之一是因有关蒸汽发生器问题造成的1992年，在205座核电厂中报告蒸汽发生器有问题的达172座核电厂的负荷因子降低3.31%从1979-1994年，已有55台蒸汽发生器因传热管严重损坏而被更换，其实际使用寿命平均仅为约14年(寿命最短者仅8年)，远未达到3040年的设计寿命 9 10 11蒸汽发生器分类蒸汽发生器分类二回路工质在蒸汽发生器中流动方式:自然循环蒸汽发生器和直流(强迫循环)蒸汽发生器；传热管形状:U型管、直管、螺旋管蒸汽发生器；设备的安放方式:立式和卧式蒸汽发生器；结构特点:预热器和不带预热器压水堆核电厂使用较广泛的有三种:立式U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 12蒸汽发生器分类蒸汽发生器分类Babcock & Wilcox Babcock & Wilcox 13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结构下封头、管板、U型管束、汽水分离装置及筒体组件一、二回路冷却剂流程循环倍率的定义 14立式自然循环蒸汽发生器立式自然循环蒸汽发生器 15表表4-24-2Incoloy-Incoloy-800800、InconelInconel-600-600、InconelInconel-690-690和和321SS321SS主要设计参数主要设计参数 16 U U 型型 管管 束束材料的演变：68年以前-奥氏体不锈钢68年后-Inconel-600合金，90年以后-Inconel-690合金。

该材料的抗腐蚀能力有显著改善德国：70年以后-Inconel-800合金 17 18 管板管板管板是一二次侧压力边界的一部分，低合金高强度钢锻造而成蒸汽发生器的管板厚度达500700mm大型管板的管孔达近万个,韧性好，制造周期长 19 管板管板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附近，是发生传热管腐蚀最严重的区域之一，表面的质淤积比较严重所以,现代蒸汽发生器一般采用管板全长度涨管工艺加端部密封焊接 20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，通常呈半球形于表面开有四个大孔（接管和人孔），应力状态十分复杂通常采用冲压成型制造，技术难度大；也有的采用低合金钢铸造，工艺较简单，但须严格控制铸件质量 21 管管 束束 组组 件件 管束是呈正方形排列的倒U型管管束直段分布有若干块支撑板， 用以保持管子之间的间距在U型管的顶部弯曲段有防振杆防止管子振动支撑板结构的设计上早期的支撑板采用圆形管孔和流水孔结构新的设计普遍采用四叶梅花孔这种开孔将支撑孔和流通孔道结合在一起，增加了管-孔之间的流速，减少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 22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。

蒸汽出口管嘴中有限流器，用来限制主蒸汽管道破裂时的蒸汽流量，防止事故时对一次侧的过度冷却，以避免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） 23 二次侧流量分配装置二次侧流量分配装置 给水环的位置稍低于第一级汽水分离器，运行时它淹没在水面以下给水环上倒J型管沿周边是不均匀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在管束下部略高于管板处，有一块流量分配板板上钻的管孔比传热管的直径大， 在中心处钻一大孔用于分配流量 流量分配板与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均匀并以足够大的流速冲刷管板表面 24汽水分离装置汽水分离装置蒸汽发生器的上部设有两级汽水分离器旋叶式分离器(16)人字型板式干燥器 25汽水分离装置汽水分离装置 26预热器装置为了充分利用一次侧出口区的传热面，许多厂家设计了带预热器的蒸汽发生器。

即在 U型管束一回路侧出口布置了一体化预热器在预热器中装有横隔板，使工质横向冲刷管束部分给水由下部筒体进入预热器，在预热区被加热至接近饱和温度 27SG主要工艺流程 28SG主要工艺流程 29关于循环倍率的讨论关于循环倍率的讨论 一般认为，在设计状态时循环倍率应大于44.5，其主要考虑的因素如下:传热要求：循环倍率低，意味着管束出口区含汽量大，因而传热差一般要求管束出口处的蒸汽含量不超过20%25%，相当于循环倍率大于4流动稳定性：循环倍率低可能导致流动不稳定，使流动产生振荡.经验证明，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高的水平，就能使流动达到稳定管材腐蚀：传热管腐蚀与流动状态有密切关系在局部滞流或低流速区，往往导致污垢沉积或浓缩从防止腐蚀的要求出发，应适当提高循环倍率，以便在管板上表面及管束弯管区提高冲刷流速，降低含汽量将改善这些区域的热工水力特性 30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，对给水及蒸汽的控制要求不高，可以通过排污量调节炉水水质，传热管材料工作较可靠缺点：需要汽水分离装置，使蒸汽发生器结构复杂，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。

31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优点：不需要汽水分离器，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；变功率运行时用改变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，使贵重金属的管材的需要量增多，对二回路水质要求十分严格，制造工艺上的技术问题有待解决 32直流式蒸汽发生器直流式蒸汽发生器 直流蒸汽发生器有管外直流和管内直流两类管内直流指二次侧工质在传热管内流动，这种型式多用于核动力舰船在压水堆核电厂中均采用管外直流蒸汽发生器(三里岛)，即二次侧工质在传热管之间流动一次侧冷却剂由上封头入口进入，流经传热管后由下封头出口流出二次侧给水通过环形给水管进入传热管束，相继被预热、沸腾，最后成为过热蒸汽 33卧式蒸汽发生器卧式蒸汽发生器 34主循环泵主循环泵反应堆冷却剂泵又叫做主泵，它的作用是为反应堆冷却剂提供驱动压头，保证足够的强迫循环流量通过堆芯，把反应堆产生的热量送至蒸汽发生器,产生推动汽轮机做功的蒸汽反应堆冷却剂泵是压水堆核电厂的最关键设备之一，对它的基本要求是：能够长期在无人维护情况下安全可靠的工作冷却剂的泄漏要尽可能的少转动部件应有足够大的转动惯量过流部件表面材料要求耐高温含硼酸水的腐蚀便于维修 35主循环泵分类主循环泵分类屏蔽泵轴密封泵 36屏蔽泵屏蔽泵没有放射性介质外漏的可能。

全密封泵长期在核动力舰艇上使用，其密封性能好，运行安全可靠但由于它效率低（比轴封泵低10%20%），屏蔽电动机造价昂贵，容量小，不宜安装飞轮，因而转动惯量小，维修不便等原因 37屏蔽泵屏蔽泵 38屏蔽泵屏蔽泵 39轴密封泵轴密封泵随着对核电厂安全性和经济性要求的提高，特别是为适应大容量机组的要求，轴封泵的技术得到迅速发展并已经成熟，优点：采用鼠笼式感应电机，成本降低，效率提高，比屏蔽泵效率高10%20%电机部分可以装一只很重的飞轮，提高了泵的惰转性能轴密封技术同样可以严格控制泄漏量维修方便，轴封结构更换仅需10小时 40立式、单级轴密封泵从底部到顶部，它由水力机械部分轴封组件电机三部分组成采用立式放置便于布置，减小反应堆厂房径向尺寸 41水力机械部分水力机械部分泵的入口和出口接管泵壳 法兰叶轮 扩压段泵轴 径向轴承热屏组件其基本功能是将泵轴的机械能传递给流体并变为流体的静压能 42【泵轴承泵轴承】泵轴承为泵轴提供径向支撑和对中它由斯太立合金堆焊的不锈钢轴颈和石墨环构成的套筒组成，用水润滑和冷却使通过轴承的水保持低温是重要的，因为高温会破坏石墨环并使轴承损坏所用的轴承冷却水是化容系统的轴封注入水的一部分。

43【热屏组件热屏组件】在叶轮与泵径向轴承之间装有热屏它的作用是阻止泵壳内高温的反应堆冷却剂向泵上方的泵径向轴承和密封组件的传热，使泵径向轴承免受高温在轴封水断流的情况下，它还能冷却向上流动的冷却剂，以确保轴承的冷却和润滑热屏热交换器盘管内循环着设备冷却水，供水温度35 44电机部分电机部分驱动反应堆冷却剂泵的电动机是立式、鼠笼、单速三相感应式，由空气冷却，而空气由两台热交换器用设备冷却水冷却 45【飞飞 轮轮】在发生反应堆冷却剂泵断电情况下，停堆后短时间内必须保持足够的流量通过堆芯飞轮提供的惯性流量不仅在断电后短时间内提供了足够排热能力，还有利于建立后续的自然循环飞轮是关系到反应堆安全的重要部件它的破坏将带来严重后果,因此飞轮采用优质锻钢制作,并经过100超声波探伤检查 46轴封泵的密封结构和工作原理轴封泵的密封结构和工作原理 轴封组件的作用是保证从反应堆冷却剂系统沿主泵泵轴向安全壳气空间的反应堆冷却剂泄漏量基本为零轴封组件的三级密封自下而上依次称为1号、二号、三号密封,其中头两道是全设计压力的轴封,而第三道密封只是一个泄漏水导流轴封,即将第二道密封的泄漏水导流至收集点 471 1号密封工作原理号密封工作原理正常运行时，来自化容系统的高 压洁净密封注入水从泵径向轴承与1号密封之间以1.8m3/h流量注入，其中1.1m3/h经热屏热交换器向下，阻止高温冷却剂向上进入泵径向轴承，最终汇入泵腔室。

其余0.7m3/h的 注射流通过1号密封，一部分流向2号密封，其余流回化容系统1号密封是密封组件中最重要的部件，由动环和静环，表面涂氧化铝1号密封的压降约为15.4MPa，对应的泄漏量为0.7m3/h 482 2 号密封号密封2号密封的主要作用是阻挡1号密封的泄漏，作为1号密封损坏时的备用密封，在1号密封失效时，承受全部运行压力，维持一段时间（30分钟）以便停运反应堆冷却剂泵 2号密封是具有摩擦面的密封动环密封面材料为碳化铬，静环密封面材料为石墨，可以更换 2号密封的润滑由1号密封泄漏量的一小部分来保证很小的流量流过2号密封， 正常工况下，2号密封前的压力为0.45MPa，2号密封前后压差为0.35MPa，通过2。