1、 1压水堆核电厂压水堆核电厂 2 31 1压水堆以压水堆以轻水轻水作慢化剂及冷却剂，反应堆体积小，建设作慢化剂及冷却剂，反应堆体积小，建设周期短造价较低。周期短造价较低。2 2压水堆采用压水堆采用低富集度铀低富集度铀作燃料，铀的浓缩技术已经过关。作燃料，铀的浓缩技术已经过关。3 3压水堆核电厂有放射性的一回路系统与二回路系统相分压水堆核电厂有放射性的一回路系统与二回路系统相分开，放射性冷却剂不会进入回路而污染汽轮机，运行、开，放射性冷却剂不会进入回路而污染汽轮机，运行、维护方便，需要处理的放射惮废气、废水、废物量较少。维护方便，需要处理的放射惮废气、废水、废物量较少。我国正在运行的核电机组（除
2、秦山三期）全部为压水堆堆型，我国正在运行的核电机组（除秦山三期）全部为压水堆堆型，作为一种技术相当成熟的堆型，具有以下特点：作为一种技术相当成熟的堆型，具有以下特点：4 5以大亚湾核电厂为例，以大亚湾核电厂为例，压水反应堆本体结构：压水反应堆本体结构：堆芯组件堆芯组件：核燃料组件控制棒组件堆芯功能组件；：核燃料组件控制棒组件堆芯功能组件；堆内构件堆内构件及其作用及其作用：上下支承组件，压紧弹簧组件，导向管：上下支承组件，压紧弹簧组件，导向管反应堆压力容器反应堆压力容器的结构、选材和运行特点的结构、选材和运行特点控制棒驱动机构控制棒驱动机构的结构和工作原理；的结构和工作原理；堆内测量支承结构堆内
3、测量支承结构安全壳结构安全壳结构及系统功能及系统功能 6 7 8堆芯设计满足的一般要求：堆芯设计满足的一般要求：1 1 堆芯功率分布尽量均匀，以便堆芯有最大的功率输出堆芯功率分布尽量均匀，以便堆芯有最大的功率输出2 2 尽量减少堆芯内不必要的中子吸收材料，提高中子经济性尽量减少堆芯内不必要的中子吸收材料，提高中子经济性3 3 要有最佳的冷却剂流量分配和最小的流动阻力要有最佳的冷却剂流量分配和最小的流动阻力4 4 有较长的堆芯寿命，适当的减少换料操作次数有较长的堆芯寿命，适当的减少换料操作次数5 5 堆芯结构紧凑，换料要简易方便。堆芯结构紧凑，换料要简易方便。9 10 11 12 13 14 1
4、5反应堆压力容器支撑和包容堆芯和堆内构件，工作在高压反应堆压力容器支撑和包容堆芯和堆内构件，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件下，寿命不少于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4040年。百万年。百万千瓦级核电厂压力容器高约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 防止放射性外逸第二道屏障防止放射性外逸第二道屏障2 2 压力边界压力边界3 3 堆内构件的支承和固定作用堆内构件的支承和固定作用选材原则选材原则1 1
5、高度的完整性高度的完整性 (杂质少，纯度高杂质少，纯度高)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：热应力导热性能好：热应力 5 5 便于加工制造，成本低便于加工制造，成本低 16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用低合金钢低合金钢，与，与冷却剂接触冷却剂接触表面堆焊一层表面堆焊一层5mm5mm厚的不锈钢厚的不锈钢。低合金钢具有：良好的导热性，可焊低合金钢具有：良好的导热性，可焊性，抗辐照脆化，便于加工性，抗辐照脆化，便于加工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量大于101
6、01818cmcm2 2后后脆性转变脆性转变温度明显升高温度明显升高。相应措施相应措施:严格限制铜和磷这两种严格限制铜和磷这两种元素的含量，添加少量铝、元素的含量，添加少量铝、钒、铬，铂、镍等元素，尽钒、铬，铂、镍等元素，尽量减少钢的辐照损伤：热屏。量减少钢的辐照损伤：热屏。17限制因素：限制因素：压力容器的强度，韧性转变温度，压力容器的强度，韧性转变温度，主泵的汽蚀，低压蒸发等。主泵的汽蚀，低压蒸发等。18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 19 20接管支撑座接管支撑座容器支承
7、环容器支承环 混凝土基座混凝土基座 支承导向板：允许热膨胀，支承导向板：允许热膨胀，阻止容器和接管的横向阻止容器和接管的横向移动。移动。21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：绘制堆芯温度分布图和确定最热通道布置：堆芯中子通量分布测量装置堆芯中子通量分布测量装置目的：建立中子通量分布图（三维），确定热点布置：22堆内构件包括：堆芯下部支承结构，堆芯上部支承堆内构件包括：堆芯下部支承结构，堆芯上部支承结构，控制棒束导向管和压紧弹簧组成。结构，控制棒束导向管和压紧弹簧组成。功能：功能：1 1 为冷却剂提供流道为冷却剂提供流道2 2 为压力容器提供屏蔽为压力容器提供屏蔽3 3
8、为燃料组件提供支承和压紧为燃料组件提供支承和压紧4 4 固定监督用的辐照样品固定监督用的辐照样品5 5 为棒束控制组件和传动轴以及上下堆芯测量装置提供机械导向为棒束控制组件和传动轴以及上下堆芯测量装置提供机械导向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，以便顶盖保持一定的温度确保堆芯容器顶盖内的冷却水循环，以便顶盖保持一定的温度 23吊篮组件吊篮组件热中子屏蔽热中子屏蔽围板幅板组件围板幅板组件堆芯下栅格板堆芯下栅格板流量分配板流量分配板堆芯二次支承和测量通道堆芯二次支承和测量通道 24 25堆芯上栅格板堆芯上栅格板支承柱支承柱控制棒束导向筒控制
9、棒束导向筒上部支承板上部支承板 26 27 28核燃料组件核燃料组件棒束控制棒组件棒束控制棒组件可燃毒物组件可燃毒物组件中子源组件中子源组件阻力塞组件阻力塞组件 29采用无盒、带指形控制组件的采用无盒、带指形控制组件的棒束型燃料组件。棒束型燃料组件。主要结构：主要结构：燃料棒骨架燃料棒骨架 骨架（书）：骨架（书）：上下管座，上下管座，8 8 层定位格架，导向管层定位格架，导向管采用采用171717=289=264+24+1 17=289=264+24+1 正正方形排列方形排列:264 264 燃料棒燃料棒24 24 导向管导向管1 1 中子测量管中子测量管 30 31在每一组件的在每一组件的2
10、89289个可利用的空位个可利用的空位中中燃料棒占据燃料棒占据264264个个其余的空位装有其余的空位装有2424根控制棒导向根控制棒导向管管和和1 1根堆内测根堆内测量导管量导管 32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 的使用温度的使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；第一道屏障机械强度；第一道屏障锆氢反应锆氢反应？如何何防止？如何何防止？1 1 内内 2 2 外外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轴向空腔和径向间隙作用，作用，预冲压氦气预冲压氦气技术作用技术作用 33结构尺寸：结构尺寸：圆柱体形圆柱体
11、形何谓何谓“环脊环脊”现象现象为何采用为何采用碟形加倒角碟形加倒角的结的结构形式构形式如何防止辐照肿胀的破坏：如何防止辐照肿胀的破坏：1 1碟形加倒角碟形加倒角 2 2制孔剂制孔剂芯块密度的选择芯块密度的选择:对导热系数有很大影响 34材料：材料：锆锆4 4 合金合金燃料元件包壳壁厚的选择燃料元件包壳壁厚的选择 结构强度结构强度 周向变形不超过周向变形不超过1%1%化学化学 含氢量低压含氢量低压250ppm,250ppm,不能高于不能高于600ppm600ppm 腐蚀腐蚀 寿期内腐蚀深度应低于原壁厚的寿期内腐蚀深度应低于原壁厚的10%.10%.一定的安全裕度一定的安全裕度 水力振动水力振动,热
12、应力热应力 35定位格架定位格架控制棒导管控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 36 378 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 38材料：锆材料：锆4 4合金合金作用：为控制棒插入抽出提供导向通道作用：为控制棒插入抽出提供导向通道结构特点：结构特点：锥形缓冲段，锥形缓冲段，流水孔流水孔材料：锆材料：锆4 4合金合金作用：作用：39 40结构组成：结构组成：2424跟吸收剂棒星形架跟吸收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，弹棒事故分布，弹棒事故 41 42结构特点：结构特点：毂环，毂环，
13、翼片，翼片，指形连接柄指形连接柄 43 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：二者相似二者相似黑棒束控制组件：黑棒束控制组件：2424根黑棒根黑棒灰棒束控制组件：灰棒束控制组件：8 8根黑棒根黑棒1616根灰棒根灰棒 44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 24 24根棒根棒可能全部是阻力塞可能全部是阻力塞,可能是可燃毒物棒与阻力塞可能是可燃毒物棒与阻力塞的组合的组合,还可能包含所有四种棒还可能包含所有四种棒.45轭板、轭板、弹簧导向筒、弹簧导向筒、底板底板内外两圈螺
14、旋弹簧、内外两圈螺旋弹簧、304 304 不锈钢材料不锈钢材料 46作用：用于第一燃料循环，作用：用于第一燃料循环，降低硼浓度，保证慢化降低硼浓度，保证慢化剂的剂的负温度系数负温度系数可燃毒物材料：硼玻璃管可燃毒物材料：硼玻璃管（B B2 2O O3 3+SiO+SiO2 2）初装料：初装料：484812(12(棒棒)181816(16(棒棒)+)+2 216=89616=896第一次换料时全部卸出，第一次换料时全部卸出，换阻力塞组件换阻力塞组件 47作用：作用：1 1 提高中子通量提高中子通量 2 2 点火点火初级中子源初级中子源 2 2个组件：个组件：1 11 116166 6 材料：锎材
15、料：锎 结构与位置结构与位置 1.06 1.0617.717.7，堆芯下部堆芯下部 初装料情况初装料情况 48次级中子源次级中子源2 2个组件：个组件：4 42020 材料：锑、铍材料：锑、铍 作用，二次启动作用，二次启动 49作用：作用：结构与材料：结构与材料：304304不锈钢，短棒不锈钢，短棒前述各种堆芯相关组件都含有前述各种堆芯相关组件都含有中子源组件，只有阻力塞中子源组件，只有阻力塞组件全部是阻力塞组件组件全部是阻力塞组件 50核燃料组件控制棒组件堆芯相关组件核燃料组件控制棒组件堆芯相关组件 核燃料组件：燃料元件棒骨架结构核燃料组件：燃料元件棒骨架结构 燃料元件棒：燃料芯块，包壳，端
16、塞，压紧弹簧燃料元件棒：燃料芯块，包壳，端塞，压紧弹簧 骨架：上下管座，定位格架，控制棒导管，中子测量骨架：上下管座，定位格架，控制棒导管，中子测量 控制棒组件控制棒组件：吸收剂棒星形架吸收剂棒星形架 吸收剂棒：黑棒，灰棒，结构材料吸收剂棒：黑棒，灰棒，结构材料 星形架：中心毂环，翼片，夹持指状物星形架：中心毂环，翼片，夹持指状物 51 堆芯相关组件：堆芯相关组件：可燃毒物棒组件，中子源组件，阻力塞组件 结构：结构：压紧组件压紧组件2424根棒束根棒束可燃毒物组件：作用，可燃毒物组件：作用，材料材料中子源组件：中子源组件：初级中子源次级中子源，作用，材料初级中子源次级中子源，作用，材料阻力塞组
17、件阻力塞组件;作用，材料作用，材料 52 53 54常用的驱动机构：常用的驱动机构：电磁步进电磁步进式，齿轮齿条式，水力驱式，齿轮齿条式，水力驱动式动式大亚湾核电厂采用大亚湾核电厂采用 三线圈电三线圈电磁步进式驱动机构磁步进式驱动机构优点：优点：提棒精度高，提升力提棒精度高，提升力大，不宜失步，结构简单，大，不宜失步，结构简单，加工容易，拆装和维修方加工容易，拆装和维修方便等优点便等优点。需要紧急停堆时，只需要切需要紧急停堆时，只需要切断电源，控制棒便可自由断电源，控制棒便可自由落体。落体。55结构结构外部线圈装置外部线圈装置棒位置指示部件棒位置指示部件承压套承压套驱动轴驱动轴内部部件：内部部
18、件：提升装置提升装置 传递装置传递装置 夹持装置夹持装置 56 57 58初始状态为传递钩爪啮合，夹持钩爪脱开。1：提升线圈通电，传递钩爪驱动轴提升一个步阶；2：夹持线圈通电，夹持钩爪夹持驱动轴；3：传递线圈断电，传递钩爪脱开；4：提升线圈断电，传递钩爪下降一个步阶；5：传递线圈通电，传递钩爪啮合驱动轴；6：夹持线圈断电，夹持钩爪夹脱开，为提升做准备；7：提升线圈通电，传递钩爪驱动轴提升一个布阶；如此循环动作，直到达到提升位置为止。若要保持控制棒在某一位置时，仅传递线圈通电，传递钩爪承载。59初始状态为传递钩爪啮合，夹持钩爪脱开。1：夹持线圈通电，夹持钩爪夹持驱动轴2：传递线圈断电，传递钩爪脱
19、开3：提升线圈通电，仅传递钩爪提升一个步阶4：传递线圈通电，传递钩爪啮合驱动轴5：夹持线圈断电，夹持钩爪夹脱开，为轴下降做让步 6：提升线圈断电，传递钩爪驱动轴下降一个步阶7：夹持线圈通电，夹持钩爪夹持驱动轴如此循环动作，直到达到下降位置为止。60当要实行紧急停堆时，三个线圈当要实行紧急停堆时，三个线圈都断电，所有钩爪均脱开，都断电，所有钩爪均脱开，控制棒在重力作用下，快速控制棒在重力作用下，快速插入堆芯。插入堆芯。61作用：裂变产物与环境之作用：裂变产物与环境之间的最后一道屏障间的最后一道屏障 事故承压，外来撞击事故承压，外来撞击切尔诺贝利的教训切尔诺贝利的教训安全壳厂房安全壳厂房安全壳环境
20、控制系统安全壳环境控制系统安全壳贯穿与隔离系统安全壳贯穿与隔离系统 62 63安全壳环境控制系统安全壳环境控制系统 64安全壳贯穿与隔离系统安全壳贯穿与隔离系统设备闸门设备闸门人员闸门人员闸门燃料运输管燃料运输管管道、电缆贯穿件管道、电缆贯穿件 65安全壳贯穿与隔离系统安全壳贯穿与隔离系统 661 1 堆内构件堆内构件 名称名称 作用作用2 2 控制棒驱动机构控制棒驱动机构 结构结构 工作原理工作原理 提升提升 下降下降 停堆停堆3 3 反应堆压力容器反应堆压力容器 结构结构 作用作用 选材选材 运行限制运行限制4 4 堆内测量支承结构堆内测量支承结构 温度测量温度测量 中子通量测量中子通量测量5 5 安全壳安全壳 作用作用 三个系统三个系统
