第一章概述

-1-第一章概述1.1核电概况1.1.1核电特点能源是一个国家发展工业农业国防和科学技术的重要物质基础。随着社会生产的不断发展，人类使用的能源不但在数量上越来越大，在品种及构成上也有了很大的变化。截止1996.9.16，全世界煤电占总电力生产的39%，油电占11%，水电占19%，核电占17%。由于化石燃料储藏有限，又是化学工业与纺织工业的宝贵原料，化石燃料不能保证人类不断增长的能源需求。因此，开发新能源是人类生存与发展的需要，也是社会经济发展的需要。核能是现阶段已经在工业上得到了大规模的应用的新能源。而由于技术成本等的限制，在相当长的一段时间内，其它新能源还难以形成一定的工业规模。世界核能资源丰富，铀和钍是可以通过裂变释放核能的天然物质，广泛分布在地球上是可以通过聚变释放核能的天然物质，在海水中有着巨大的储量。如按1Kg铀-235完全燃烧相当于2700吨标准煤计算，已探明的具有开采价值的铀和钍矿资源，相当于地壳中有机燃料的20倍；而1升海水中的氘聚变放出的能量则相当于300升汽油燃烧放出的能量。核能的应用技术比较成熟，核能发电已经在工业上得到了大规模的应用。核电具有很大的环境优势。与火电厂相比，核能发电不消耗氧气，也不排放SO2、NOX、CO2和重金属。与水电站相比，核电站不必拦河造坝修建水库，迁移居民，对生态平衡的不利影响很小。核能作为一种清洁、安全、经济的新型能源其逐渐取代现有化石能源的趋向已越来越明显。据国际原子能机构的资料表明，截止1999年底，全球正在运行的核电站机组共有436座，目前正在建造的核电机组有38座，其中7座在亚洲。1999年全球核发电量为2394.6TWh时。核发电量占总发电量比例最高的10个国家为：法国：75%，立陶宛:73.1%，比利时：57.7%，保加利亚：47.1%，斯洛伐克：47%，瑞典：46.8%，乌克兰：43.8%，韩国：42.8%，匈牙利：38.3%，亚美尼亚：36.4%。在我国，火电占主导地位，煤炭占能源总量的72.9％,核能仅占不足1％。火电为主的消费结构造成了严重的环境污染，对我国的环境可持续发展构成了巨大的压力。而能源分布南北不均也给铁路运输造成很大的压力。新世纪我国在能源开发上将以电力为中心，以煤炭为基础，大力开发石油和天然气，积极发展核电以及其他新能源和可再生能源。中国核电将会有大规模的发展。到2010年，中国核电装机容量的目标为二千万千瓦；到2020年，核电在中国电力结构中的比重将由目前的百分之一提高到百分之五，达到四千万千瓦的装机总容量。1.1.2世界核电发展概况-2-1.核裂变的发现1919年，卢瑟福用粒子轰击氮原子核使氮原子嬗变成了氧原子，首次实现原子核的人工嬗变，把一种化学元素变成了另一种化学元素，被誉为当代的炼金术。1932年，他的学生查德威克发现了中子，中子是电中性，不受静电力的影响，很适合用来轰击原子核。1934年，意大利物理学家费米用新发现的中子去逐个轰击元素周期表上的元素原子，在短短几个月内发现了数十种放射性同位素，费米还意外地发现，在中子源与被轰击的银金属之间放一块石蜡后，所激发的核反应更为激烈，这就是说，经过减速后的中子引起核反应的能力增强了。这一发现被称为是原子时代的“真正起点”。1938年（39年）德国人哈恩、施特拉斯曼用中子轰击铀，发现了核裂变现象。李斯曼特纳和弗里希预言了裂变在理论上应伴随着大量的能量释放。他们还计算出了释放能量的大致数量。1939年，弗里希和约里奥用实验证明了裂变实际上是能量释放源，并测出了释放能量的近似值。仍在1939年，冯·哈尔榜、约里奥和科瓦斯基发现了这个反应还放出几个中子。从这时开始，裂变反应就变得现实起来，人们很自然地想到了链式反应的可能性。费米提出了链式反应的概念，并预言一个重核裂变成两个轻核时一定会出现多余的中子。约里奥-居里夫妇率先证实了链式反应的可能性，并发现链式反应速度非常之快。就在二次大战爆发的前两天，玻尔和惠勒指出，铀-235比铀-238更能发生裂变，而慢中子更能引起裂变。现在，释放原子核能的理论和实践依据已经齐备，只要链式反应一开始，无比巨大的能量就会在很短的时间内释放出来。2.链式反应的实现1942年，在意大利学者费米的领导下，美国在芝加哥建成了世界上第一座核反应堆，他们认为，要实现自持式链式反应，必须解决两个问题。一是找到合适的减速剂（慢化剂），把快中子变为慢中子，才能有效地激发裂变，使裂变反应维持不断的进行，费米建议用石墨。另一个问题是必须严格控制裂变反应速度，使裂变反应既能不断进行，又不致引起爆炸。他们利用镉吸收中子的特性，把镉棒插入反应堆，通过调节镉棒深度来控制裂变反应的速度。1942年12月2日，成功地实现了自持链式裂变反应。当时得到的功率仅仅有0.5瓦，但它第一次实现了输出能大于输入能的核反应，宣告了人类利用核能时代的开始。从此以后，核反应从实验室阶段走向现实的工业生产。3.核能的和平利用二战之后，各大国如苏联、英国、法国、中国都相继研制出原子弹，打破了美国的核垄断和核威慑，这倒使世界局势反而趋于缓和。于是，原子能的和平利用提到了议事日程。实际上，有了反应堆就可以建造核电站，这在技术上是不困难的。1954年6月，苏联建成了世界上第一座核电站，装机容量为5000KW，第一次实现了原子能的和平利用。这之后，苏联一直在设计建造石墨水冷堆核电站和压水堆核电站，开始在国内建造了一批容量为1000KW级的核电机组。但由于石墨水冷堆核电站没有安装安全壳，在固有安全性上还有一定的缺陷，在切尔诺贝利核电站事故暴露出这一点之后，正在进一步改进之中。-3-1956年5月，英国建造的第一座石墨气冷堆核电站投入运行，发电容量为50000KW。但由于发电成本高，当60年代中期压水堆核电站大量发展时，无法在国际市场上竞争，后来就发展为高温气冷堆核电站机组。这种核电站可获得很高的蒸汽参数，提高装置的热效率，是一种很有前途的核电站。目前正在运行的这种核电机组，其最大功率为330MW。但由于高温气冷回路技术环境剂量和材料等方面的问题尚待解决，故目前仍然处于原型堆阶段。1956年，美国在其潜艇压水堆的基础上建造了第一座压水堆核电站，其电功率为60MW。经过几十年的应用和发展，压水堆核电站已获得了设计建造和运行等方面的完整经验。目前商用压水堆核电站的单机功率已达1300MW。另外，美国还积极发展沸水堆核电站，自1960年美国第一座示范性沸水堆核电站投入运行以来，目前单机功率已经达到1300MW。1962年，加拿大建造了第一座实验性重水堆核电站，后来又建造了电功率为540MW和750MW级的重水堆核电机组。此外，各国还在竞相发展快中子堆核电站。这是一种增殖堆，能大量利用核废料。虽然世界各发达国家已建成十几座快中子堆核电机组。但在多为原型堆，尚有很多问题需要解决。1.2大亚湾核电站简介大亚湾核电站为压水堆核电站，共装有二台名义电功率各为900MW的机组。它用的核燃料为UO2，在12个月换料循环中其浓缩度为3％左右。反应堆的慢化剂和载热剂均为轻水（普通水），二回路工质也是普通水。1.2.1工作原理大亚湾核电站的每台机组都由反应堆、蒸汽发生器、汽轮机、发电机及有关设备、管路等组成。图1.1900MW压水堆核电站系统原理图-4-载热剂流过反应堆活性区时吸收核裂变产生的热能，然后沿管路进入蒸汽发生器的U型管内，再把热量传递给U形管外的水，使其变为饱和蒸汽。被冷却后的载热剂再由主泵送回反应堆，完成反应堆载热剂的密闭循环。此环路称为第一回路（简称一回路）。汽轮机工质在蒸汽发生器中被加热变成饱和蒸汽后进入汽轮机膨胀作功，将蒸汽的热能转变为汽轮机高速旋转的机械能，带动发电机发电。作完功后的乏汽被排入冷凝器，由循环水进行冷却，使乏汽凝结成水。然后再由水泵将凝结水打回蒸汽发生器，完成汽轮机工质的密闭循环。此环路称为第二回路（简称二回路）。由此可见，一、二回路的称呼是根据能量转换的先后次序定的。一、二回路的边界是蒸汽发生器中的U形管传热面。但习惯上将蒸汽发生器作为一个完整的设备划归一回路。故一回路又称蒸汽产生系统或核蒸汽供应系统。汽轮机和发电机是直接刚性连接的，通常把它们看成一个整体机组，称为汽轮发电机组。故二回路又称电力生产系统。二回路部分与常规火电站基本相同，故又称常规岛。但常规岛的概念比二回路广得多。它不仅包括能量转换流程中的汽—水循环回路，还包括为其服务的辅助系统及设施。一回路部分的主要设备是核反应堆，故又称为核岛。同样，核岛的概念比一回路也广得多。它不仅包括能量转换流程中载热剂的循环回路，还包括其他为反应堆服务的辅助系统。综上所述，压水堆核电站将核能转变为电能是分四步，在四个主要设备中实现的。1.反应堆：将核能转变为热能（高温高压水）；2.蒸汽发生器：将一回路高温高压水中的热量传递给二回路的水，使其变为饱和蒸汽。在此只进行热量交换，不进行能量的转变；3.汽轮机：将饱和蒸汽的热能转变为高速旋转的机械能；4.发电机：将汽轮机传来的机械能转变为电能。1.2.2电站布置图1.2大亚湾核电站平面布置图-5-核电站各种大型沉重的设备都需要安放在坚固的地基上。另外，核电站还需要大量的冷却水源，故一般都靠近大流量的江、河、湖、海。大亚湾核电站冷却系统使用海水。而淡水供应来自大坑水库。反应堆、蒸汽发生器、主泵、稳压器等一回路主设备和主管道安装在安全壳RX1和RX2内。安全壳是一个园柱形预应力钢筋混凝土建筑物。其内径约为37ｍ，高约60ｍ，壁厚为0.9ｍ。安全壳内壁还衬有一层厚6mm碳钢板。为反应堆服务的核辅助设备及系统则布置在两个安全壳之间的核辅助厂房NX内。汽轮发电机组及其他二回路设备、系统安装在汽轮机厂房MX1和MX2内。一、二回路之间是通过联接厂房（主蒸汽隔离阀管廊）WX连接的。LX为电气厂房。1.3GNPS识别符号1.3.1厂房及房间的识别符号1.一般原则(1)厂房的识别厂房的识别一般用3个符号来表示。第一个符号为数字，表示机组识别，即该厂房是属于那个机组的，或两个机组共用的，还是不属于任何机组，而是属于工地系统的，第二、三个符号为两个英文字母，其中第一个字母表示厂房，第二个字母表示该厂房之区域。如下图所示：机组识别符号的规定：1——1号机组2——2号机组9——两套机组共用0——工地系统厂房识别符号的规定：D——柴油机厂房K——乏燃料厂房L——电气厂房M——汽轮机厂房N——核辅助厂房R——反应堆厂房W——连接厂房厂房区域识别符号的规定：厂房内的分区一般用字母A、B、C……表示。如厂房内无分区时，则上述厂房符号后加X。如果厂房识别的第一个字母对于认别厂房的关系已足够时，可省去第二个字母。例如：9NA——两台机组共用的核辅助厂房A区1RX——1号机组的反应堆厂房XXX机组厂房厂房区域-6-(2)房间的识别房间的识别一般用三个数字符号来表示，第一个数字表示楼层，第二、三个数字表示房号，如图所示。识别原则：地平面一层用2表示；低于地平面的层由上而下用1、0表示；高于地平面的层由下而上用3、4、5等表示。(3)厂房及房间的识别例如：9NA518——为两套机组共用的核辅助厂房A区四楼18号房间1L710——1号机组20米的主控室2.汽轮机厂房的识别：(1)厂房识别:汽轮机厂房分为：MA——汽轮机大厅；MB——汽轮机辅助厂房；MT——汽轮发电机；MO——润滑油库；MV——汽轮机厂房通风；MP——树脂处理厂房。(2)楼层识别（汽轮机大厅）：楼层号01234567平台-11.00m-3.200m+0.20m9.80m16.20m20.20m28.20m32.20m(3)房号识别在具体的厂房内的，按一般原则标识。如1MA301,1MB201,2MV201/MV202等。MA与MB的汽轮机大厅区域中，以数字表示与机轴垂直之区域，以字母表示与机轴平行之区域，将MA划分为各个小区域，如下图的B9区。12345678910111213ABXCDEA（MB）例如：1M3B9——为1号机组汽轮机厂房三层B9区（上图X点表示）.ⅩⅩⅩⅩⅩⅩⅩⅩⅩ楼层房号机组识别厂房