核电站水化学控制工况复习参考

核电站水化学控制工况复习参考一、名词解释及填空1、放射性强度：是度量放射性强弱的物理量，常用的单位有居里〔Ci〕、贝克〔Bq〕和克镭当量。2、剂量当量：就是用来度量不同类型的辐射所引起的不同生物学效应，其单位为雷姆〔rem〕或希沃特〔Sv〕。1Sv=100rem。3、压水堆：是以加压轻水〔普通〕水做冷却剂和慢化剂，且水在堆内不沸腾的核反响堆。4、重水堆：是以重水做慢化剂的反响堆。5、沸水堆：是以沸腾轻水为慢化剂和冷却剂，并在反响堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的核反响堆。6、快中子反响堆：是以快中子来产生和维持链式裂变反响的反响堆。7、核电站一回路系统：反响堆冷却剂系统又称为一回路系统，它是核电站的最重要的系统，也是核电站区别于其他类型电站的本质特征。8、核电站二回路系统：核电站的二回路系统即以汽轮机发电机组设备为主的系统，在该系统中主要实现蒸汽获得、冲转汽轮机、带动发电以及对乏汽进行冷却等功能。9、压水堆核电站核岛中四大局部是蒸汽发生器、稳压器、主泵和堆芯。10、蒸汽发生器：是核电站一回路和二回路的枢纽，它将反响堆内产生的热量传给蒸汽发生器的二回路水侧，产生蒸汽推动汽轮机做功。蒸汽发生器按工质流动方式分为：自然循环蒸汽发生器和直流〔强迫循环〕蒸汽发生器。压水堆广泛使用的三种蒸汽发生器：U形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。11、稳压器：让反响堆压力容器内的水受热后不变成蒸汽，并维持水的压力在一定范围内的设备。稳压器工作原理是：当稳压器中压力过大时，把产生的蒸汽释放到除盐水箱中泄压。稳压器分为两类：气罐式稳压器和电加热式稳压器。12、环路：一个反响堆压力容器通过一个蒸汽发生器缺乏以冷却其反响堆，故通过设置多个环路来冷却，设置环路是为了提高热能利用率。每一条环路是由一台蒸汽发生器、一台或两台反响堆冷却剂泵及相应的管道组成，在其中一个环路的热段管道上，通过波动管与一台稳压器相连，一回路系统的压力由稳压器调节，且保持稳定。13、反响堆内为混合直接换热，蒸汽发生器中为一回路水和二回路水的间接换热。14、快中子堆以钚-239为裂变燃料，以铀-238为增殖原料〔不会裂变〕。冷却剂是液态钠，以减少中子的吸收损失。钚-239裂变反响使用的是快中子，而不是热中子。裂变产生的中子即为快中子，因此快中子堆不需要慢化剂。用快中子轰击钚-239原子核产生裂变；一个钚-239原子核裂变放出的中子比一个铀-235核裂变产生的中子数多，因此钚-239裂变产生的中子数除维持反响堆的链式反响外，多余的中子被铀-238俘获后可产生新的钚-239，而新生的钚-239比堆芯内消耗的钚-239还多，这样就实现了核燃料的增殖。15、反响堆回路及其辅助系统的厂房构成核岛。汽轮机回路及其辅助系统和厂房总称常规岛。电厂的其他局部统称为配套设施。16、核电厂常见的金属材料有：奥氏体不锈钢〔如304、316和A286〕，镍基合金〔如600合金、690合金、X-750和718合金〕；Zr-4合金。PWR二回路系统的蒸汽发生器管束一般采用600合金〔因科镍-600〕，该材料相比不锈钢，可以减少发生应力腐蚀破裂的可能性，但是碱性腐蚀损坏几率却有所增加，所以，为保证二回路的平安运行，水化学工况必须考虑蒸汽发生器的结构和结构材料的特点。蒸汽发生器可以通过排污来调节水质，排污水率控制在2%左右，排污水经过相应的净化处理之后，返回二回路系统。17、压水反响堆的本体结构：堆芯，堆芯支撑结构，反响堆压力容器及控制棒驱动机构。18、可裂变核在中子的轰击下变成两个或三个碎片，这些碎片称为裂变产物。由于135Xe有很强的吸收中子的能力，故称135Xe“毒”149Sm“渣”。二、问答题1、放射性的危害及特点：答：大多数物质的原子核是稳定不变的，但是有些物质的原子核不稳定，会自发地发生某些变化，这些不稳定原子核在发生变化的同时会发射各种各样的射线，这种现象称之为“放射性”。放射性元素发出α、β、γ三种射线。α射线是氦核流，β射线是电子流，统称为粒子辐射。γ射线是波长很短的电磁波，统称为电磁辐射。这些射线的共同特点是：有一定的穿透物质的能力；人的五官不能感知，但能使照片底片感光；照射到某些物质上能发出可见的荧光；通过物质是网友电离作用。放射性对人体的损伤组要是体内照射。只要是由α射线引起的。此外还有体外照射，主要由γ射线引起。2、沸水堆与压水堆核电站的不同：答：〔1〕直接循环：反响堆内产生蒸汽直接引入汽轮机，推动汽轮机组发电。这是沸水堆与压水堆核电站的最大区别。沸水堆核电站没有蒸汽发生器、稳压器。系统压力也由15MPa下降到7MPa。使得系统大大简化，能降低投资。但是〔2〕堆芯出现空泡：沸水堆核电站的反响堆具有负的空泡反响性系数，通过调节冷却剂流量来调节堆芯的反响性。利用可燃毒物调整寿期初过剩的反响性，不采用可溶毒物硼，省略了化学与容积控制系统。〔3〕控制棒机构：由于堆芯上部有汽水别离系统，故控制棒采用液压驱动机构自下而上插入堆芯。〔4〕抑制式平安壳：沸水堆核电站内在平安壳内存有大量的水，在事故条件下可用水抑制压力的上升。直接循环带来的汽轮机厂房内的辐射防护和放射性废物处理问题一直是其主要弱点。3、快中子增殖堆的特点与优势：答：能实现燃料的增殖且增殖的速度大于燃料消耗的速度；快堆能消耗PWR产生的裂变产物；压水堆、沸水堆、重水堆和石墨气冷堆等对铀资源的利用率只有1%-2%，但快堆能把铀资源的利用率提高到60%-70%。4、核电站的平安措施：答：〔1〕四重屏障：燃料芯块、密封的燃料包壳、巩固的压力容器和密闭的回路系统，以及能承受内压的平安壳。〔2〕多重保护：在出现可能危害设备及人身情况是能进行正常停堆；因任何原因未能正常停堆时，控制棒自动落入堆内，实行自动紧急停堆；发生自然灾害时能平安停闭；如有任何原因使控制棒未插入，高浓度硼酸水自动喷入堆内，实现自动紧急停堆。5、压水堆的堆芯构成和特点：堆芯主要由燃料组件和堆芯功能组件构成。答：〔1〕燃料组件由燃料元件、定位格架和组件骨架等组件构成。燃料元件呈17×17正方形排列。每个组件有289个位置，其中264个位置由燃料元件占据。〔2〕堆芯功能组件包括控制棒组件，可燃毒物组件，阻力塞组件，初级中子源棒组件和次级中子棒组件等。a、控制棒组件分为两类，一类由24根带吸收剂的棒束组成，所用吸收材料为银铟镉合金，这类合金称为黑棒束组件；另一类是灰棒束组件，有8根棒的吸收剂为银铟镉合金，其余16根为不锈钢做吸收材料的灰棒。b、可燃毒物组件由装在不锈钢包壳管中的含硼玻璃管组成，成分是B2O3+SiO2用于抵消堆芯第一次装料大局部过剩的后备反响性。c、阻力塞组件是下端呈子弹头形的短不锈钢棒，用于封闭不带有控制棒组件，可燃毒物组件或中子源棒组件中的控制导向管，以便减少冷却剂的旁路。d、初级中子源棒组件为监督初始堆芯装料和反响堆启动提供所需的中子源，次级中子源棒组件用于反响堆满运行两个月后的反响堆停堆后再启动，它由叠放在一根不锈钢管中锑-铍芯块组成，锑在堆内吸收中子活化后放出的γ射线。6、一回路中反响堆冷却剂系统的要求：答：〔1〕确保一回路系统的压力容器材料的完整性；〔2〕确保燃料包壳完整性和保证燃料的设计性能；〔3〕控制燃料堆芯外的辐射到达最小程度。7、反响堆冷却剂系统的主要功能：答：〔1〕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工质，产生蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。〔2〕在停堆后的第一阶段，经蒸汽发生器带走堆内的衰变热。〔3〕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。〔4〕反响堆冷却剂作为可溶化学毒物硼的裁体，并起慢化剂和反射层作用。〔5〕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。8、压水堆的反响堆回路：答：〔1〕压水型反响堆：压水型反响堆是一个装有核燃料的耐高压容器，通常称为压力容器。在压力容器内，安装着157个核燃料组件，形成堆芯。首次装入堆芯的燃料组件有三种不同富集度的核燃料，即含铀一235分别为1．8％、2．4％和3．1％。高富集度的核燃料一般布置在堆芯外区，中心区的富集度最低。每次换料时，取出中心区燃耗最深的燃料组件，将第二区燃料组件倒换到中心区，将外区的燃料组件倒换到第二区，而在外区那么装入新补充的高富集度燃料组件。大亚湾核电站采用的改良型燃料组件(AFA)的栅格和总体尺寸标准型即燃料棒按17×17排列成正方形柱件，共289个位置，其中264个为燃料棒，24个为控制棒的导向套管，1个为堆内测量仪表管。〔2〕燃料棒：燃料棒由壁厚为0．57mm，外径为9．5mm，长度为3852mm的锆4(Zr4)合金管作为包壳。包壳内装的核燃料为二氧化铀(U02)芯块，芯块的直径为8．19mm，高度为13．5mm。每根燃料棒内的二氧化铀芯块数量为272个。包壳内预先充以3．06MPa的氦气，这样在运行时，这个内压可以局部地补偿反响堆内冷却剂对包壳管的外压。同时，氦气对提高传热性能的稳定性也有好处。控制棒由不锈钢管作为包壳，包壳内装有银(80％)一铟(15％)一镉(5％)合金制成的圆棒。圆棒的直径为8．7mm，长度为3607mm，它具有很强烈的吸收中子的能力。当控制棒向燃料组件内下插时，它就吸收大量的中子，反响堆的功率就下降；当控制棒向上提出时，它吸收的中子数量就少，反响堆的功率就上升。这样，利用控制棒的插入和提出，就可以调节反响堆功率的上下。控制棒的上下运动依靠磁力驱动机构来实现。一旦磁力驱动机构断电时，由于重力作用，全部控制棒下落入堆芯，整个核反响立即停止。此外，调节一回路冷却剂中的硼浓度，也能控制反响堆功率的上下。〔3〕回路组成与特点：反响堆压力回路由三个并联的环路组成，每个环路中各有一台蒸汽发生器和一台主冷却剂泵，用不锈钢管组成封闭回路。三个压力环路中的一个环路上，还装有一台稳压器，用以保持压力回路总的压力为15．5MPa，以防压力过高导致设备或管道破损，或者压力过低致使冷却剂汽化，影响导出热量。稳压器上部蒸汽空间设有喷淋装置，当系统压力升高时，能自动喷淋冷凝蒸汽降压；稳压器下部水室空间设有电加热元件，当系统压力降低时，能自动加热产生蒸汽以增大压力。此外，在稳压器顶部还装有平安阀、卸压阀以保证运行平安。〔4〕其他系统：除了上述主系统外，压力回路还有十几个平安和辅助系统。这些系统按照它们的功能大体上可以分为三类。第一类是牵涉到核平安的平安系统，共有4项。这些系统主要是在反响堆发生大量失水事故时可以自动投入，阻止事故的进一步扩大，以保护反响堆的平安，同时防止放射性物质向大气环境扩散。这些系统是平安注入系统、平安壳喷淋系统、辅助给水系统和平安壳隔离系统。第二类是保证反响堆和压力回路正常启动、运行和停堆的核辅助系统，共有11项。它们是化学和容积控制系统、硼和水的补给系统、余热排出系统、反响堆和乏燃料水池冷却和处理系统、设备冷却水系统、核岛应急生水系统、蒸汽发生器排污系统、硼回收系统、核取样系统、核岛排气和疏水系统等。第三类是回收和处理放射性废物以保护和监视环境的系统，有废液处理系统、废气处理系统和固体废物处理等系统。9、压水堆核电厂的反响性及其调节方法：答：反响性是反响堆中没有任何控制毒物下，反响堆超临界的正反响性系数，用以调节功率，补偿负的反响性系数，运行燃耗及裂变产物积累。其大小与反响堆的类型、运行工况和换料周期有关。反响控制的方法大多是靠改变堆芯吸收物质数量来实现反响堆控制的。主要靠改变冷却剂及慢化剂中的中子强吸体—硼的浓度以及改变控制棒在堆内的位置来改变堆芯吸收体数量。10、稳压器的功能及特点：答：稳压器的根本功能是建立并维持一回路系统的压力，防止冷却剂在反响堆内发生溶剂沸腾。此外，作为一回路系统的缓冲容器，吸收一回路系统水容积的迅速变化。稳压器在电厂稳态运行时，将一回路压力维持在恒定压力以下；在一回路系统瞬态时，将压力变化限制在允许值内；在事故时，防止一回路系统超压，维护一回路的完整性。11、化容系统组成包括那几个局部？各局部特点？化容系统的功能是什么？答：化容系统的组成包括：下泄管线，净化段，上充管线及轴封水回路。化容系统的主要功能：〔1〕通过改变反响堆冷却剂的硼质量浓度，对堆芯进行反响性控制。〔2〕维持稳压器的水位，控制一回路系统的水容量。〔3〕对反响堆冷却剂的水质进行化学控制和净化，减少反响堆冷却剂对设备的腐蚀，控制反响堆冷却剂中裂变产物和腐蚀产物的含量，降低反响堆冷却剂的放射性水平。〔4〕向反响堆冷却剂泵提供轴封水。〔5〕为反响堆冷却剂系对统提供充水和水压试验手段。〔6〕对于上充泵兼作高压安注泵的化容系统，事故时用上冲泵向堆芯注入应急冷却水。12、化容系统四个主要局部及流程：答：下泄流管线：核电厂在正常运行时，从一回路的冷段管引出一股冷却剂，称为下泄流，其正常流量是13.6m3/h，经过下泄流隔离阀进入再生热交换器的壳侧，冷却至140℃，在经过节流孔板，将压力降至约2.4MPa后，进入下泄热交换器的管侧，由壳侧的设备冷却水将下泄流温度降到46℃左右，最后经过三通阀，进入净化段。净化段：〔1〕流程及控制：净化段的离子交换树脂的正常工作温度范围是46~62.5℃。为了使离子交换树脂免受高温，在净化段入口设置了温控三通阀。假设下泄流温度高于57℃，三通阀将自动切换，是下泄流旁路离子交换树脂床，防止离子交换树脂收到高温而发生失效。在正常情况下，下泄流经过温控三通阀进入两台并联的混合离子交换器中得一台，住区大多数离子状态的裂变产物和腐蚀产物，然后进入间歇运行的阳离子交换器，出去铯、钼和过量的锂离子。〔2〕过滤器：过滤器设置在下泄热交换器的出口，包括前置过滤器和后置过滤器，前者用来拦截悬浮颗粒；后者用来去除树脂碎片。〔3〕离子交换器：混合离子交换器采用硼酸型阴离子树脂和锂型阳离子树脂，目的是为了交换树脂在工作时不改变硼和pH控制剂的含量。〔4〕容积控制箱：下泄流最后进入容积控制箱，经过容积控制箱顶部的喷头喷入，雾化释放出冷却剂中的局部气态裂变产物，同时吸收局部氢气。容积控制箱收集和容纳下泄流，为一回路冷却剂提供容积补偿。它作为高位水箱。为上充泵提供净正汲入压头。容积控制箱上部的汽空间起到除气作用。上充流管线：上充泵沉着积控制箱中汲水，将水压升高到一回路压力以上。上冲管线上设有流量调节阀，按稳压器水位控制系统的要求改变上充流量。上充流经过再生热交换器是吸收下泄流的热量，在汇入一回路前被加热到冷却剂冷段的主流温度。轴封水回路：上充流量的一局部，进入主泵的轴封水回路。密封水经过流量控制阀和过滤器后进入主泵轴封水回路。密封水在主泵的密封组件和泵下部轴承之间引入后分成两段，一股水流向上，经过密封组件，绝大局部水流进入化容系统，经过轴封水热交换器和过滤器后返回到上充泵汲入口；另一股水流向下，冷却、润滑泵的下部径向轴承，然后进入泵汇入一回路冷却剂主流。13、核电厂一回路锆合金腐蚀影响因素有哪些？答：温度，包壳材料的微观结构特点，沸腾温度点，冷却剂化学控制工况；溶解氧，氟离子的影响，钙镁铝硅的影响，悬浮物的影响，PH值的影响，锂锌的影响14、核电厂水工况要求：答：一回路水工况的要求：〔1〕一回路补给水必须除氧〔2〕抑制冷却剂的辐照分解，降低辐照分解气相产物氧气的浓度〔3〕减少冷却剂中放射性核素的积累，重在抑制腐蚀。二回路水工况的要求：〔1〕控制蒸汽发生器管的晶间腐蚀和晶间应力腐蚀破裂到最小〔2〕尽量降低蒸汽发生器内腐蚀产物的迁移，尽量减少垢的形成〔3〕尽量防止杂质进入蒸汽发生器系统。15、核电站一回路的水化学有哪四种？作用分别是什么？答：〔1〕Zn工况：可延缓合金的应力腐蚀破裂和受辐射的影响〔2〕氢工况：有效抑制冷却剂的辐照分解，抑制氯或氯化性基因，抑制氯腐蚀〔3〕硼酸工况：维持冷却剂中的反响性调节剂〔4〕氢氧化锂工况：调节冷却剂的PH调节剂。16、RPV的特点是什么？答：RPV是一个底部焊死的半球形封头，上部为法兰连接的半球形封头的圆柱形容器。RPV支撑，包容堆芯和堆内构件，工作在高压，高温含硼水介质和放射性辐照条件下，寿命不少于40年。RPV本体材料为低碳钢，目前主要使用的是低合金锻钢16MND5，与冷却剂接触外表堆焊一层5mm厚的不锈钢，压力容器高13m，内径4m，筒体厚20mm，总重约为330t。17、核电厂二回路与火电厂有什么区别？具体在哪儿？答：主要区别有：〔1〕供蒸汽设备：核电厂是蒸汽发生器，火电厂是锅炉。〔2〕核电厂无省煤器，汽包，下降管，水冷壁下联箱，水冷壁，过热器等，但其有MSR，火电厂正好相反。〔3〕汽轮机不同：核电厂汽轮机的体积比火电厂的大，核电厂汽轮机蒸汽参数低，体积容量大，采用汽水别离再热器，容易超速。〔4〕推动汽轮机转动的蒸汽类型：核电厂用的是带有水分的饱和蒸汽，其含热量较低，而火电厂那么用的是过热蒸汽，热量高。〔5〕二回路的介质区别：核电厂的二回路中介质和一回路的工作介质是分开的，他们之间是间接传热；而沸水堆核电厂一回路及二回路工作介质是直接循环使用，但都含有放射性物质；对于火电厂锅炉水产生的蒸汽经各环节形成过汽后直接进入二回路，但FPP各回路中都不喊放射性物质。〔6〕核电厂与火电厂二回路水质控制指标不同，水工况调节不同。如NPP常用水工况是AVT，而FPP那么常用CPT，EPT等。18、给水水工况AVT全称是什么？给水系统一般使用的化学药品是什么？答：AVT：全挥发处理；一般使用的药品是：磷酸盐，有机胺，氨，马福林，环己烷，联氨等。19、核电站汽轮机入口蒸汽一般是什么蒸汽？汽轮机转速多少？答：饱和〔湿〕蒸汽〔或5—7MPa的饱和蒸汽〕；世界上核电站汽轮机有全速〔3000rpm和3600rpm〕和半速之分。20、核电站一回路的水汽流程和参数特点是怎样的？答：〔1〕一回路压力：一般压水堆一回路系统的工作压力约为15MPa，大亚湾一回路压力为15.5MPa。〔2〕反响堆冷却剂出口温度：冷却剂出口的温度越高，电厂热效率越高。对一定的工作压力，反响堆冷却剂的对出口温度变化余地越小。大亚湾堆出口冷却剂平均温度为329.8℃。〔3〕反响堆冷却剂入口温度：反响堆冷却剂出口温度一旦确定，对于一个确定热功率的反响堆，入口温度与流量有单值关系。入口温度越高，冷却剂温升越低，所需冷却剂流量越大，这就增加了泵功率，从而降低电厂的净效率。大亚湾堆入口冷却剂平均温度为292.4℃。〔4〕压水堆核电厂一回路系统中冷却剂流量较大，当环路功率为300MW时，冷却剂总质量流量可以到达15000-21000t/h。21、一回路水工况的作用：答：〔1〕控制冷却剂中放射性核素的积累；〔2〕减少在燃料元件包壳外表形成疏松的且易被冲刷的沉淀物；〔3〕能有效地除去冷却剂中各种杂质；〔4〕能维持冷却剂中所必须的反响性调节剂和pH值调节剂的浓度；〔5〕抑制冷却剂的辐照分解，降低辐照分解气相产物O2的浓度。22、核电站的轻水的辐照分解过程是什么？加氢为什么能出去水中产生的游离氧？答：辐照分解过程有三个阶段：〔1〕辐照能量的传递：作用时间不超过10-15s，射线轰击水分子，引起H2O的电离或激发，产生电子，带正电的水离子及处于激发态的水分子。〔2〕热平衡建立：作用时间不超过10-11s。a、电离的电子速度减慢，电子产生的电场吸引极性分子在其周围重新排列，形成水合电子。b、正电水离子与相邻水分子发生质子转移反响，生成H3O+和·OH自由基。c、H2O*分解成·H和·OH自由基。〔3〕自由基扩散，相互作用建立化学平衡。初级辐照分解产物e-水合，H2O+，H2O*，H3O+，·H和·OH向水中扩散，扩散过程中相互作用并到达平衡。水辐照分解综合反响式：H2OH3O+，·OH，e-水合，H2，·H，H2O2，……·OH：氧化能力极强，能将所有低价无机离子氧化到高价态。HO2：是一种很重要的次级氧化产物，其与系统中游离氧的生成有很大的关系：HO2+H2OH2O2+O2；HO2+Ce4+H++O2+Ce3+这是无氧水在辐照下生成游离氧的主要原因。加氢不仅能与