压水堆一回路系统及重要设备概述(PPT-87张)

1章压水堆一回路系统及重要设备2主要内容一回路系统简介蒸汽发生器主循环泵稳压器反应堆冷却剂管道和保温层3一回路主系统系统组成2－4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，并通过蒸汽发生器传给二回路工质，产生蒸汽，驱动汽轮发电机组发电.在停堆后的第一阶段，经蒸汽发生器带走堆内的衰变热。系统的压力边界构成防止裂变产物释放到环境中的一道屏障反应堆冷却剂作为可溶化学毒物硼的载体，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4－11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。7安全辅助系统第一类牵涉到核安全的安全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第三类回收和处理放射性废物以保护和监测环境的系统8蒸汽发生器蒸汽发生器是压水堆核电厂一、二回路的枢纽，它将反应堆产生的热量传递给蒸汽发生器二次侧，产生蒸汽推动汽轮机作功。蒸汽发生器又是分隔一、二次侧介质的屏障，它对于核电厂的安全运行十分重要。压水堆核电厂运行经验表明，蒸汽发生器传热管断裂事故在核电厂事故中居首要地位。据报道，国外压水堆核电厂的非计划停堆次数中约有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。同年，美国压水堆核电厂的负荷因子由于蒸汽发生器问题(包括传热管破损和更换蒸汽发生器)而降低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30~40年的设计寿命。美国1992年更换磨石-2堆的两台蒸汽发生器,停堆192天，耗资1.9亿美元。可见,蒸汽发生器的可靠性是比较低的，它严重地影响核电厂运行的安全性、经济性及可靠性。9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。运行经验也表明，传热管是蒸汽发生器内的事故多发区域。蒸汽发生器传热管的可靠性主要取决于传热管的完好性。只要有一根蒸汽发生器传热管断裂就可能造成放射性物质的泄漏及核电厂长期停闭。有些专家予言，现在核电厂的一些在役蒸汽发生器将达不到40年寿命的要求。因此,各核电国家都把改进和研究蒸汽发生器技术作为完善压水堆核电厂技术的重要环节，并制定了庞大的改进研究计划，其中包括蒸汽发生器热工水力分析、腐蚀与传热管材料的研制、蒸汽发生器结构设计的改进、无损探伤技术、传热管振动、磨损疲劳研究和二回路水质控制等。这些课题涉及多种学科。10蒸汽发生器分类蒸汽发生器可按工质流动方式、传热管形状、安放形式及结构特点分类按照二回路工质在蒸汽发生器中流动方式，可分为自然循环蒸汽发生器和直流(强迫循环)蒸汽发生器；按传热管形状可分为U型管、直管、螺旋管蒸汽发生器；按设备的安放方式可分为立式和卧式蒸汽发生器；按结构特点还有带预热器和不带预热器的蒸汽发生器。压水堆核电厂使用较广泛的有三种。它们是: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，其中尤以立式U型管自然循环蒸汽发生器应用最为广泛。11蒸汽发生器分类12立式自然循环蒸汽发生器蒸汽发生器由下封头、管板、U型管束、汽水分离装置及筒体组件等组成一、二回路冷却剂流程循环倍率的定义13主要设计参数14①U型管束传热管对保障核电厂安全运行极为重要。为寻找高性能耐腐蚀的传热管材，作了大量工作。60年代后，美国采用Inconel-600合金，近几年改用Inconel-690合金。该材料的抗腐蚀能力有显著改善。然而，大量研究实践表明，任何材料都只有在一定的条件下才具备优良的抗腐蚀性能。传热管的损坏还与蒸汽发生器的热工水力特性和水质条件密切相关。因此，只有从蒸汽发生器的结构设计、管材、水质控制等方面综合研究改进,才能收到预期效果。此外，对于同种管材，采取适当的热处理及表面处理工艺对提高其抗腐蚀性能有重要意义。15②管板管板是一二次侧压力边界的一部分，它用低合金高强度钢锻造而成。蒸汽发生器的管板厚度达500~700mm，属超厚锻件，要求材料具有优良的塑韧性及淬透性。大型管板的管孔达近万个，而且对孔径公差、节距公差、形位公差及管孔光洁度都要求很高。因而，深钻孔成为蒸汽发生器制造的关键工艺,也是决定管板制造加工周期的重要因素。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，由此来保证管子与管板之间的密封性，消除管子与管板的间隙。管板上表面水平地装设有两根多孔的管道供连续排污用。在役检查和停堆换料时的检查：放射性跟踪法，涡流探伤监测16③下封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。由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。17④管束组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，应考虑二次侧流体的通过能力，流体的流动阻力，限制流动引起的振动及管--孔间隙中的化学物质的浓缩。早期的支撑板采用圆形管孔和流水孔结构，导致在缝隙区出现局部缺液传热状态，因此产生化学物质浓缩。在电厂冷态工况下，管子和支撑板之间的间隙因二者的膨涨差而扩大，腐蚀产物沉积在间隙内。当高温时,膨胀差使间隙减小，这时管子被压凹，造成传热管凹陷及支撑板破裂。新的设计普遍采用四叶梅花孔(见图)。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。传热管四周用套筒包围，从而将二次侧分隔为下降通道及上升通道，形成二次侧自然循环回路。1819⑤筒体组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。上封头呈椭球形，蒸汽出口管嘴中有若干文丘里管组成的限流器，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）20⑥二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。给水经焊接在环管上的倒J型管分配到下降通道。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，从而避免两侧之间发生热虹吸现象。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。21汽水分离装置汽水分离器是自然循环蒸汽发生器的重要部件。这不仅由于合格的蒸汽品质是汽轮机安全经济运行的重要条件之一，还由于自然循环蒸汽发生器的尺寸在很大程度上取决于汽水分离装置的结构和工作特性。蒸汽发生器的上部设有两级汽水分离器。汽水混合物离开传热管束后经上升段首先进入旋叶式分离器，除掉大部分水分，然后进入第二级分离器进一步除湿。第二级分离器一般是人字型板式干燥器。22旋叶式汽水分离装置旋叶式分离器的结构如图所示。在分离筒内装有一组固定的螺旋叶片。当汽水混合物流过时，由直线运动变为螺旋线运动，由于离心力作用使汽水分离，在中心形成汽柱而在筒壁形成环状水层。水沿壁面螺旋上升至阻挡器，然后折返流经分离筒与外套筒构成的疏水通道而进入水空间。当出口管内径与汽水两相充分分层时的蒸汽柱大致相同时，能取得良好的分离效果。23波纹板汽水分离装置第二级汽水分离器一般采用图所示的带钩波纹板分离器。汽水混合物在波纹板间流动过程中多次改变流动方向，从而使夹带的小水滴被分离出来。波纹板上的多道挡水钩收集板面水膜并捕集蒸汽流中的水滴，分离出的水汇集后沿凹槽流入疏水装置。24预热器装置以上介绍的立式U型管自然循环蒸汽发生器没有设置预热器。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。25关于循环倍率的讨论蒸汽发生器的循环倍率是表征其二次侧流动状态的重要参数，它对于传热管的腐蚀、流动稳定性、传热特性及分离器工作特性等都有重要影响。一般认为，在设计状态时循环倍率应大于4~4.5，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，空泡份额高，因而传热差。为了保证管壁润湿，特别是防止局部区域出现缺液或干涸，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，从而使传热管束的部分表面周期性地露出,这种流动振荡现象使传热能力下降，当流动振荡的幅度足够大时，就可能引起水和蒸汽流量的大幅度波动。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。26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。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。27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。28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，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。这种直管型蒸汽发生器必须解决的一个问题是管束与筒体热膨胀差的补偿。29卧式U形管蒸汽发生器30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31主循环泵分类屏蔽泵轴密封泵32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，在核电厂中