900MW压水堆核电站基础12章Word文档格式.docx

1、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

2、。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

3、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

4、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

5、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。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

6、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，

7、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1.1 900MW压水堆核电站系统原理图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

8、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。

9、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

10、，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37，高约60，壁厚为0.9。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。1.3 GNPS识别符号1.3.1 厂房及房间的识别符号1.

11、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： 11号机组X 22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

12、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 1RX1号机组的反应堆厂房（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 9NA518为两套机组共用的核辅助厂房A区四楼18号房间1L7101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

13、） 楼层识别（汽轮机大厅）：楼层号1234567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。8910111213ABCDE（MB）1M3B9为1号机组汽轮机厂房三层B9区（上图X点表示）.1.3.2 设备的识别符号 功能组符号 设备组符号NL 机组识别 设备类型 系统识别 设备编号 设备识别用9个符号来表示

14、。这9个符号又分为两个大组，前4个符号为功能组符号，表示该设备属于哪套机组，哪个系统。后5个符号为设备组符号，表示是什么设备及设备的编号，详见下图：功能组符号设备组组符号图中：L字母 N数字1. 功能识别：用来识别功能的符号共4个，又分两组。第一个符号为数字，表示机组识别，后3个符号为字母，用来表示系统识别。机组识别符号的规定与厂房及房间识别相同。当设备属于哪个机组不能确定时可不必表示机组识别。三个字母中的第一个字母代表该系统的属性，即属于哪一类系统，后面两个字母表示具体系统。 A给水 ABP低压给水加热器系统C冷凝器 CEX凝结水抽取系统D通风及装卸运输设备 DVM汽机厂房通风系统E安全壳

15、EAS安全壳喷淋系统G汽轮发电机 GCT汽机旁路系统J消防 JPH汽机油箱消防系统K仪表及控制 KSC主控制室系统L电气系统 LGB6.6KV配电盘系统P各种坑、池 PMC核燃料装卸贮存R反应堆 RCP反应堆冷却剂系统S公用系统 SAP压缩空气生产系统T三废处理 TEG废气处理系统V主蒸汽 VVP主蒸汽系统X辅助系统 XCA辅助蒸汽生产系统Y临时试验设施 YLH试验用移动式柴油机组2. 设备识别用来识别设备的符号共5个，分成两组，前三个数字表示设备编号，后两个字母表示设备类型。BA罐 FI过滤器 PO泵TO按钮 VV蒸汽阀 GV蒸汽发生器举例： 1RCP001PO1号机组反应堆冷却系统的1号主

16、泵 2GPV001KO2号机组汽轮机蒸汽和疏水系统的1号（高压）缸。3. 阀门识别与设备识别原则相同，差别在于设备组符号中的后两个字母，第一个字母均用V，以表示阀门，第二个字母表示通过的流体类别，如右图所示。VV前面的XXX阀门编号；V后的X流体类别，表示如下：A空气H其他油类R化学试剂B硼酸液J废气S固体废物C循环水K废液T饮用水D除盐水L凝结水和给水V蒸汽E生水N冷却水X氩F燃料油P一回路冷却剂Y氢G二氧化碳Q有机液体Z氮 GRE003VV汽机调节系统第3号调节阀 AHP235VL高压给水加热系统第235号凝结水阀门注：在本系统图上，阀门的功能组符号可省去，但在非本系统图上，功能组符号应保

17、留。4. 测量及控制设备识别与设备识别的原则相同，差别在于将识别符号放在表示测量及控制设备的圆圈中，且设备组符号中后两个字母中的第一个字母表示该测量及控制设备的功能类别，如就地还是远传，第二个字母表示测量值，如测量的是流量还是压力等等。如上图所示。图中：L为字母，N为数字。功能类别符号如下：M经传送器 L就地 Y测试 S开关信息测量值类别符号如下：A中子通量 C速度 D流量E音量 F频率 G分析H时间 I电流 J防火K限值 L照明通量 M位移N流体水位 P压力 R阻抗S放射性 T温度 U电压V振动 有功功率 X机械杂项Y电气杂项 Z物理杂项001MN1号水位测量（经传送器）RCP005MP反应

18、堆冷却剂系统第5号压力测量（经传送器）在本系统图上，系统认别符号可省去。1.3.3 电缆的识别符号电缆识别用八个符号表示，如下图： 机组识别 电缆序号 系统识别 电缆类别机组识别及系统识别同前。电缆类别用一个字母表示如下： A中压电缆 B低压电缆（AC或DC） C控制电缆（开/关） D仪表电缆 T电话线 I对讲机 S声力电线电缆序号用三位数字表示。1.3.4 工程图纸的识别符号每份图纸可用分成个组别的21个顺序排列的字母数字混合符号来识别，如下图所示。L为字母，N为数字，X为字母数字均可。1. 工程识别对广东大亚湾核电站为PG这里：P代表压水堆（PR）系统 G代表广东2. 机组识别：11号机组

19、 22号机组9两套机组共用 0工地公用X不属任何机组或二套机组均可用3. 系统识别对电站系统设计来说，该组识别符号为：17XYZ即前两位为数字17表示系统设计，后三位为表示系统识别的三个字母。4. 次序号对电站系统设计图纸来说为三位数字，具体分类如下：500599表示流程图600699表示测量控制图700799表示电气图5. 图纸作者该组符号的第一个字母表示图纸生产的主要单位，如：J广东核电合营有限公司 EEDFFFRAMATOME GGEC后面三个符号可以是字母也可以是数字，表示供货商，分包商或主要单位下面的部门。F001为FRA公司第1号分包商6. 主要作用用两位数字表示该文件的主要作用如

20、下：01工程控制及协调 02行政管理规定03概念设计 04质量保证和质量控制41合同 42土建工程（设计与施工）43电站布置 44设备（设计/生产/安装）45电站与系统的功能设计及运行7. 文件类别文件类别用两个字母表示如下：GN函件 DS技术要求SS现场工程 DD设计与图纸SD施工安装图纸 PT时间计划ST现场工程计划 PR进度报告MD其他8. 图面次序如同一图纸文件有若干张时须用该组识别，如2/5共有5张，此为第2张9. 图纸上位置的判断：在图纸上系统之间的连接用箭头及9个识别符号表示 机组识别 坐标识别系统识别 连接页码机组认别与系统识别同前，当不能确定属哪个机组时，机组识别可省略。连接

21、页码第一个字母用F表示，后面二位数字表示图纸次序号的后两位数字，如后两位数为01，02，03时，可省掉0。坐标识别，第一个字母表示与机轴平行之区域，第二个为数字，表示与机轴垂直之区域。 ABPF51E5 即去ABP系统图第51页坐标为E5的格。 ABPF50A5 即来自ABP系统图第50页坐标为A5的格。但是，目前工程图纸中尚有许多例外情况。第二章 核物理与反应堆物理2.1 原子和原子核2.1.1 原子具有单质化学特性的最小微粒即为原子。原子由一个原子核及围绕原子核不断旋转的一些电子组成，见图2.1。原子核带正电。每个电子带一个负电荷（电量约等于1.61019库仑）。原子核的正电荷在数量上等于

22、核外电子所带负电荷的总和。由于符号相反，作用相互抵消，因此从电学观点看，原子呈中性。图2.1 原子的结构 图2.2 原子核的结构 原子的直径（假定为球形）约为108cm，这是指电子轨道的直径。而原子核的直径约为1012cm，比原子直径小得多。如果以1cm直径的小球表示一个氢原子核，则只有其1/1840大小的电子，将在约10m外围绕它旋转。2.1.2 原子核原子核电由核子组成的紧密的整体。核子分为两类：一类呈电中性的称为中子（符号：n），另一类带一个单位正电荷（与一个电子带的电荷绝对值相等）称为质子（符号：p）。中子的质量只比质子的稍大一点，几乎相同。原子核的结构如图2.2所示。除了普通氢原子核

23、只有一个质子外，所有物质的原子核既包含质子又包含中子。各种物质特性的不同主要就是由于它们的原子核中的中子或质子的数目不同。2.1.3 原子的质量化学元素中最轻的原子是氢原子，一个氢原子的质量是1.6731024克，一个氧原子的质量是2.65631023克，其它元素一个原子的质量最大的也不过是氢原子质量的二百多倍。所以原子的质量都是很小的，用克来作单位实在是太大了。因此规定，以碳12原子的静止质量的1/12作为原子质量的单位，称为u。这样，碳12单个原子的质量即为12u。碳12原子的实际质量等于1.9922681023克，则1u1.66056551024克同样可得：质子的质量是1.00728u（

24、约计1.67261024克）中子的质量是1.00876u（约计1.6750电子的质量是0.000549u（约计0.91091027克）可见，质子和中子的质量十分接近（1u），而电子的质量比核子的质量小得多（约小1840倍）。所以，原子质量几乎全部集中在原子核中。2.1.4 原子序数和质量数实际上原子序数就是原子核的质子数，习惯上用Z来表示。由于质子和中子的质量都很接近1u，因此原子核中的核子数，即质子和中子数的总数A就称为原子核的质量数。它与质子数Z和中子数N的关系为ANZ。由不同的A和Z构成的原子核称为核素。为了标记每种核素，可以写出它的化学符号X，并用它的A和Z作为上下标，即X。由于X本身已经暗含了原子序数Z，经常只写AX。例如U经常只写成235U。2.1.5 同位素决定一种元素化学性质的是该元素的原子序数，即原子核中的质子数，它决定了核外的电子状态。因此，凡原子核中含有相同质子数的原子，它们的化学特性相同。人们把原子序数相同，但质量数不同的核素称为同位素。同位素之间的化学特性虽然相同，但核特性可能迥然不同。尽管自然界只存在不到一百种化学性质不同的元素，目前却已经知道约有1500种核素（其