核电厂系统与设备第讲

核电厂系统及设备

第一讲（2012—2013学年第二学期）

主讲：田丽霞1纲要核电厂组成核电厂平面布置2.1布置原则;2.2布置分区;2.3核心区布置;3.核电厂主要厂房3.1主要厂房总体布置;3.2安全壳;3.3汽轮机厂房;3.4核燃料厂房;3.5核辅助厂房;4.核电厂设备安全功能及分级4.1安全功能及分级;4.2抗震分类;4.3规范分级和质保分组;5.核反应堆的安全设计5.1纵深防御原则;5.2多道屏障(Multi-barrier);5.3安全设计的基本原则;21.核电厂组成完成热力循环的热力系统:一回路,二回路(汽轮机组),三回路系统。完成电力生产：一回路,二回路,三回路,发电机输变电系统,通常简单地称为堆,机,电三大核心部分。3核岛(nuclearisland):一回路系统及其辅助系统、安全设施及厂房。常规岛(conventionalisland):汽轮发电机组为核心的二回路及其辅助系统和厂房。配套设施(BOP:BalanceofPlant)：除核岛、常规岛的其余部分。45压水堆核电厂能量转换压水堆核电厂将核能转变为电能是分四个环节，在四个主要设备中实现的。（1）核反应堆：将核能经转变为热能，并将热能传给反应堆冷却剂，是一回路压力边界的重要部件。（2）蒸汽发生器：将反应堆冷却剂的热量传递给二回路的水，使其变为蒸汽。在此只进行热量交换，不进行能量形态的转变；（3）汽轮机：将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。6配套设施a.直接为生产服务的:如除盐水,压缩空气,辅助锅炉等；b.保证设施:如在役检查,辐射监测,废物实验室,环境监测,气象等；c.厂区设施:如保安,海工构筑物,消防,排水；d.服务设施:计算机系统(控制,模拟,应急,管理);文档管理,通讯,培训中心与模拟机。大亚湾核电厂共有348个系统.72.核电厂平面布置2.1布置原则a.区分脏净,脏区尽可能在下风口;b.满足工艺要求,便于设备运输,减少管线迂回纵横交叉;c.反应堆厂房为中心,辅助厂房,燃料厂房设在同一基岩的基垫层上,防止因厂房承载或地震所产生的沉降差导致管线断裂.d.以反应堆厂房为中心,辅助厂房,燃料厂房,主控制室应急柴油发电机厂房四周.双机组厂可采用对称布置,公用部分辅助厂房.82.2布置分区a.核心区:核岛与常规岛组成。反应堆厂房为中心,辅助厂房,燃料厂房,主控制室应急柴油发电机厂房,汽轮机厂房。b.三废区:废液储存处理厂房,固化厂房,弱放废物库,固放废物储存库,特种洗衣房。c.供排水区:循环水泵房,输水隧洞,排水渠,淡水净化处理车间,消防站等。9d.动力力供应区区：冷冻机，，空压机机，液氮氮储存气气化，辅辅助锅炉炉。e.检修修及仓库库区：检修车间间，材料料仓库,设备综综合仓库库区等。。f.厂前前区:行政办公公楼，汽汽车库，，消防生生活服务务设施，，入口警警卫。102.3核心区布布置按反应堆堆厂房与与汽轮机机厂房的的相对位位置,有有T型与L型布布置：T型:汽轮机叶叶片旋转转平面与与安全壳壳不相交交.占地地大,单单独汽机机厂房。。L型:汽轮机叶叶片旋转转平面与与安全壳壳相交,须设置置防止汽汽轮机飞飞车时汽汽轮机叶叶片对安安全壳和和冲击的的屏障.占地少少,两台台以上机机组可公公用汽轮轮机厂房房,仅用用一台吊吊车。我国采用用T型布布置。11核电厂厂厂区L形形布置1213大亚湾核核电厂厂厂区T型型布置14153.核电厂主主要厂房房3.1主要厂房房总体布布置163.2安全壳(containment)安全壳又又叫做反反应堆厂厂房。我我国采用用核电厂厂安全全壳是圆圆柱型预预应力混混凝土安安全壳。。

壁厚厚约80cm;

内有有厚6mm的钢钢衬。容容许泄泄漏：0.1Wt%/24hours设设计压压力:0.52MPa173.3汽轮机厂厂房18193.4核燃料厂厂房燃料厂房房内设有有乏燃料料贮存池池，贮存存池上方方有一台台100－150吨的的桥式吊吊车。以以吊装乏乏燃料运运输容器器和乏燃燃料冷却却系统的的所有设设备。燃燃料厂房房通过燃燃料输送送管与反反应堆厂厂房相连连接。203.5核辅助厂厂房辅助厂房房是一个个具有多多种用途途的钢筋筋混凝土土厂房。。一回路的的一些辅辅助系统统，如化化容系统统、硼与与水补给给系统，，设冷水水系统，，安全注注入系统统废物处处理、等等以及该该厂房必必需的空空气处理理及冷却却设备布布置在此此厂房内内。214.核电厂设备备安全功能能及分级核电厂系统统、设备和和设施作用用不同，要要求不同，，对设备的的安全功能能及按照其其对安全的的重要性，，进行分级级，从而既既保证安全全性，又避避免对设备备要求过于于严而影响响经济性。。安全分级的的目的是正正确选择用用于设备设设计、制造造、检验的的规范标准准。224.1安全功能及及分级安全功能:1安全停停堆和维持持安全停堆堆状态；2停堆后后余热导出出；3事故后后防止放射射性物质释释放，以保保证放射性性物质释放放不超过容容许值。23如何确定某某物项对于于安全的重重要性？1确定论论方法；2概率论论方法。传统上用第第一种方法法较多，随随着概率论论方法的日日益广乏被被接受，它它也被用来来确定物项项的安全等等级。241确定论论方法；对那些对安安全有重要要作用的、、其损坏会会导致严重重放射性释释放事故的的系统设备备，确定高高的安全等等级。2概率论论方法：根据某一安安全功能所所起作用的的几率以及及该安全功功能失效后后果来评价价承担此安安全功能设设备对于安安全的重要要性。25安全分为四四级:1安全一一级：一回路承压压边界所有有部件；选选用设备等等级一级，，质量A组组。按照实实际可能的的最高标准准设计、制制造、安装装和实验。。2安全二二级：余热去除、、安注和安安喷系统。。263安全三三级：辅助给水；；设备冷却水水；乏燃料池冷冷却系统；；为安全系统统提供支持持的系统和和设施。4安全四四级：核岛中不属属于安全三三级以上的的，但要求求按照非和和规范和标标准中较高高要求设计计制造。27284.2抗震分类抗震分为一一、二类和和非抗震类类（NA））。抗震一类指指其损害会会直接或间间接造成事事故的工况况以及用来来实施停堆堆或维持停停堆状态的的构筑物、、系统和设设备。安全一、二二、三级和和LS和1E级电器器设备属抗抗震一类。。抗震一类要要求满足安安全停堆地地震载荷要要求。29安全全停停堆堆地地震震是是分分析析电电厂厂所所在在区区域域地地址址和和地地震震条条件件，，分分析析当当地地地地表表下下物物质质的的特特性性的的基基础础上上所所确确定定的的可可能能发发生生的的最最大大地地震震。。安安全全停停堆堆地地震震通通常常取取当当地地历历史史上上发发生生过过的的最最大大地地震震再再加加上上一一个个适适当当的的安安全全裕裕量量后后确确定定的的。。30抗震震二二类类的的表表明明设设备备的的设设计计要要满满足足能能承承受受运运行行基基准准地地震震（（OBE））引引起起载载荷荷要要求求。。在美美国国，，抗抗震震I类类设设备备必必定定是是安安全全级级设设备备，，而而对对非非安安全全级级设设备备也也可可以以提提单单独独的的抗抗安安全全停停堆堆地地震震要要求求。。314.3规范范分分级级和和质质保保分分组组根据据核核电电厂厂中中系系统统和和设设备备的的安安全全等等级级和和抗抗震震类类别别在在机机械械设设备备中中规规定定了了它它们们相相应应的的设设计计、、制制造造、、检检查查和和验验收收要要求求。。这种种要要求求体体现现在在相相应应的的设设备备设设计计和和制制造造规规范范中中。。例例如如美美国国机机械械工工程程师师协协会会（（ASME））的的锅锅炉炉和和承承压压容容器器设设计计规规范范(见见表表2.1)或或法法国国的的RCCM压压水水堆堆核核岛岛机机械械设设备备设设计计和和建建造造规规则则中中规规定定了了承承压压部部件件（（与与安安全全有有关关或或与与安安全全无无关关））的的设设计计、、制制造造、、检检查查和和验验收收的的要要求求。。32在核岛岛供货货范围围中根根据产产品等等级不不同，，可以以分为为不同同的质质保组组，分分别明明确地地规定定不同同的质质量保保证（（QA）要要求。。这些些分组组应与与采用用的安安全准准则相相适应应。33我国核核电事事业尚尚处在在初始始发展展阶段段，虽虽然制制定了了一套套核安安全法法规，，有完完整的的设备备分级级、抗抗震分分类和和质保保分组组要求求，但但没有有完整整的核核设备备设计计和制制造规规范。。实际际工作作中根根据情情况参参考美美国规规范或或法国国规范范。表表2.1列列出了了美国国压水水堆核核电厂厂部分分系统统、部部件和和构筑筑物的的分级级，其其中规规范等等级一一栏中中为美美国机机械工工程师师协会会（ASME））的锅锅炉和和承压压容器器的设设计规规范，，×表表示锅锅炉和和承压压容器器的设设计规规范中中无相相应该该标准准。345.核反应堆的安安全设计核电厂的安安全设计中中辐射防护护应遵循：：正常运行工工况下反射射性排放低低于预定限限值，对环环境与公众众的影响可可以忽略不不计；导致致高辐射计计量或放射射性物质大大量释放的的事故概率率要低，而而发生概率率较高的辐辐射后果要要小。355.1纵深防御原原则2004年年国家核安安全局发布布“新建核核电厂设计计中的几个个重要安全全问题”，，明确确纵纵深深防防御御要要贯贯彻彻到到核核电电厂厂的的全全部部活活动动中中。。核核电电厂厂提提供供多多层层次次的的设设备备和和规规程程，，用用以以防防止止事事故故、、或或在在未未能能防防止止事事故故发发生生时时实实施施适适当当的的防防护护，，保保证证核核电电厂厂的的安安全全。。36包括五道相继深入入而又相相互增援援的设计计防御措施，以此来来保证核核电厂的的安全。。第一道防防御：考考虑对事事故的预预防。核电厂的的设计必必须是稳妥的和和偏于安安全的。建立一一整套质质量保证证和安全全标准。。核电厂厂必须按按严格的的质量标标准、工工程实践践经验以以及质量量保证程程序进行行设计、制制造、安安装、调调试、运运行和维维修。电厂各各系统、、各设备备不能出出现不允允许的差差错或故故障。37第二道防防御：防防止运行行中出现现的偏差差发展成成为事故故。设置可靠的保保护装置置和系统统。探测测妨碍安安全的瞬瞬变，完完成适当当的保护护动作。必须按按保守的的设计实实践设计计，留有有足够的的安全裕裕量并配配有重复复探测、、检查和和控制手手段，各各种测试试仪表必必须具备备较高的的可靠性性。38第三道防防御：限限制事故故的放射射性后果果，保障障公众的的安全。。对付必须须加以考考虑的各各种假想想事故,配置置了专设设安全设设施。轻轻水堆的的典型假假想事故故有：一一回路或或二回路路管道破破裂、燃燃料操作作事故、、弹棒事事故等(下图)。轻水水堆的专专设安全全设施包包括：应应急堆芯芯冷却系系统、辅辅助给水水系统、、安全壳壳及安全全壳喷淋淋系统、、安全壳壳隔离系系统、消消氢系统统等。3940第四道防防御是应应付可能能已超出出设计基基准事故故的严重重事故，，并使放放射性后后果合理理尽量低低。主要任务务是保护护放射性性包容功功能。通通过附加加的措施施和规程程防止事事故的发发展。通通过减轻轻选定的的严重事事故后果果，附以以事故处处置规程程，达到到这个目目标。41除了上述述四道防防御外，，对每个个核电厂厂均应制制订应急计划划。万一发生生严重事事故造成成放射性性大量外外逸时，，对附近近居民实实行隐蔽蔽、疏散散、供给给药物、、封锁食食品，使使放射性性物质释释放带来来的损害害减小到到最小。。有时也也把它称称为第五道防防御。这道防御御要求设设置应急急中心，，制定和和实施厂厂区内、、外的应应急相应应计划。。424344四个应急急状态等等级U:应应急待命命A:厂厂房应急急S:厂厂内应急急G:厂厂外应急急4546474849505152535455565758596061626364656667对应急急初始始条件件和应应急行行动水水平可可以按按照某某种方案案进行行分类类，称称之为为识别别类。。分为为四种：A类为为异常常辐射射水平平和放放射性性流出出物排排放类类；F类为裂变产产物屏障丧失失类；H类为影响电电厂安全的灾灾害和其它条条件类；S为系统故障障类。68我国的核事故故应急工作是是在1986年4月26日前苏联切切尔诺贝利核核电厂事故后后，随着我国国秦山、大亚亚湾核电厂的的建设而逐步步发展起来的的。国家核应应急预案（原原称国家核应应急计划）第第一版编制于于1996年年，是我国公公共安全应急急工作领域内内最早的应急急预案之一。。该预案第二二版于2001年11月月颁布。2003年“非非典”事件后后，又开始酝酝酿修订。2004年12月，为了了统一，《国国家核应急计计划》更名为为《国家核应应急预案》。。我国核应急计计划69制定事故应急急响应预案的的目的是：在核电厂发生生事故时，采采取及时有效效措施，保护护公众、保护护环境，将事事故损失减到到最小。•下一步，，将努力落实实修订后的《《国家核应急急预案》，把把核电厂以外外的其他重要要核设施（包包括军用核设设施）纳入国国家核应急管管理体系。我国国核核事事故故应应急急管管理理体体系系：：核事事故故应应急急工工作作实实行行国国家家、、地地方方、、核核电电厂厂三三级级管管理理制制。。705.2多道道屏屏障障(Multi-barrier)为了了阻阻止止放放射射性性物物质质向向外外扩扩散散，，设设计计上上的的最最重重要要安安全全措措施施之之一一，，是是在在放放射射源源与与人人之之间间设置置了了多多道道屏屏障障。最最为为重重要要的的是是以以下下三三道道屏屏障障。。71•第第一一道道屏屏障障:燃燃料料元元件件包包壳壳（（cladding））轻水水堆堆核核燃燃料料采采用用低低富富集集度度二二氧氧化化铀铀，，将将其其烧烧结结成成芯芯块块，，叠叠装装在在锆锆合合金金包包壳壳管管内内，，两两端端用用端端塞塞封封焊焊住住。。正正常常运运行行时时，，仅仅有有少少量量气气态态裂裂变变产产物物有有可可能能穿穿过过包包壳壳扩扩散散到到冷冷却却剂剂中中；；如如包包壳壳有有缺缺陷陷或或破破裂裂，，则则将将有有较较多多的的裂裂变变产产物物进进入入冷冷却却剂剂。。设设计计时时，，假假定定有有1%的的包包壳壳破破裂裂和和1%的的裂裂变变产产物物会会从从包包壳壳逸逸出出。。据据美美国国统统计计，，正正常常运运行行时时实实际际最最大大破破损损率率为为0.06%。。727374第二道屏障障:一回回路压力边边界(primarysystemenvelope)。压水堆一回回路压力边边界由反应应堆容器和和堆外冷却却剂环路组组成，包括括蒸汽发生生器传热管管、泵和连连接管道。。材料选择：：不锈钢；；镍集合金金(SG传传热管)；；制造：反应应堆压力容容器焊缝；；运行：避免免热应力过过大(辅助助喷淋使用用限制)75第三道屏障障:安全全壳(containmant)，即即反应堆厂厂房。将反应堆、、冷却剂系系统的主要要设备（包包括一些辅辅助设备））和主管道道包容在安安全壳内。。当事故（（如失水事事故、地震震）发生时时，它能阻阻止从一回回路系统外外逸的裂变变产物泄漏漏到环境中中去，是确确保核电厂厂周围居民民安全的最最后一道防防线。安全壳也可可保护重要要设备免遭遭外来袭击击（如飞机机坠落）的的破坏。安全壳密封封要求：0.1％/24hour;定期贯穿件件密封检查查，打压试试验。76有时见到四四道屏障之之说，它们们依次是：：☻燃料芯芯块；☻燃料元元件包壳；；☻一回路路压力边界界；☻气密性性的承压反反应堆厂房房（安全壳壳）。只有这四道道屏障同时时遭到破坏坏，才会发发生放射性性大量释破破的事故。。775.3安全设计的的基本原则则核电厂安全全设计的一一般原则是是：采用行行之有效的的工艺和通通用的设计计标准，加加强设计管管理，在整整个设计阶阶段和任何何设计变更更中必须明明确安全职职责。78核电厂各各系统安安全设计计的基本本原则有有：单一故障障准则满足单一一故障准准则的设设备组合合，在其其任何部部位发生生单一随机机故障时，仍能能保持所所赋于的的功能。。由单一一随机事事件引起起的各种种继发故故障，均均视作单单一故障障的组成成部分。。79多样性原原则多样性应应用于执执行同一一功能的的多重系系统或部部件，即即通过多重重系统或或部件中中引入不不同属性性来提高高系统的的可靠性性。获得不同同属性的的方式有有：采用用不同的的工作原原理、不不同的物物理变量量、不同同的运行行条件以以及使用用不同制制造厂的的产品等等。减少“共共因故障障”，即即出自相相同原因因的故障障。提高高可靠性性。80独立性原原则为了提高高系统的的可靠性性，防止止发生共共因故障障或共模模故障，，系统设设计中应应通过功能能隔离或或实体分分隔，实现系系统布置置和设计计的独立立性。比如辅助助给水系系统的冗冗余设计计电动给给水泵，，要安装装在不同同的房间间，实体体隔离，，保证独独立性。。81故障安全全原则核电厂安安全极为为重要的的系统和和部件的的设计，，应尽可可能贯彻彻故障安安全原则则，即核核系统或或部件发发生故障障时，电电厂应能能在毋需需任何触触发动作作的情况况下进入入安全状状态。比如一个个阀门，，若关闭闭是偏安安全的，，则故障障时取关关闭状态态。82充分采用用固有安安全性的的设计原原则固有安全全性是指指，当反反应堆出出现异常常工况时时，不依依靠人为为操作或或外部设设备的强强制性干干预，只只是由堆堆的自然然安全性性和非能能动安全全性，使使反应堆堆趋于正正常运行行或安全全停闭的的特性。。负反应性性温度系系数和多多普勒系系数，控控制棒组组件重力力插入堆堆芯的自自然安全全性，以以及靠重重力、蓄蓄压势和和承压构构件等非非能动安安全性，，能在异异常工况况下使堆堆内链式式反应自自动趋于于中止。。83运行人员员操作优优化的设设计从安全观观点出发反应堆的安全设计必须利于操纵员在有限的时间内、预计的周围环境中和有心理压力的状态能采取成功的行动，应尽量减少操纵员在短期内进行干预的必要性。84主控制制操纵纵员室室设计计主控制制室设设计是是人机机接口口问题题。参参量显显示，，仪表表布局局，尽尽量减减少人人因差差错，，便于于操纵纵员监监测操操作。。85第二讲讲869、静夜四无无邻，荒居居旧业贫。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中黄叶树树，灯下白头头人。。14:45:1614:45:1614:4512/29/20222:45:16PM11、以我独独沈久，，愧君相相见频。。。12月-2214:45:1614:45Dec-2229-Dec-2212、故人江海海别，几度度隔山川。。。14:45:1614:45:1614:45Thursday,December29,202213、乍乍见见翻翻疑疑梦梦，，相相悲悲各各问问年年。。。。12月月-2212月月-2214:45:1614:45:16December29,202214、他乡乡生白白发，，旧国国见青青山。。。29十十二二月20222:45:16下下午14:45:1612月月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月222:45下下午午12月月-2214:45December29,202216、行动出成果果，工作出财财富。。2022/12/2914:45:1714:45:1729December202217、做做前前，，能能够够环环视视四四周周；；做做时时，，你你只只能能或或者者最最好好沿沿着着以以脚脚为为起起点点的的射射线线向向前前。。。。2:45:17下下午午2:45下下午午14:45:1712月月-229、没有失败，，只有暂时停停止成功！。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有结结果果，，但但是是不不努努力力却却什什么么改改变变也也没没有有。。。。14:45:1714:45:1714:4512/29/20222:45:17PM11、成功就是是日复一日日那一点点点小小努力力的积累。。。12月-2214:45:1714:45Dec-2229-Dec-2212、世世间间成成事事，，不不求求其其绝绝对对圆圆满满，，留留一一份份不不足足，，可可得得无无限限完完美美。。。。14:45:1714:45:17