5 反应堆冷却剂系统

反应堆冷却剂系统功能正常功率运行时，导出堆芯裂变热，并将导出 的热量传给蒸汽发生器二次侧的给水，使之变 成饱和蒸汽，以驱动汽机发电机组。 在停堆冷却阶段，通过蒸汽发生器排放蒸汽和 向停堆冷却系统传热，以带走堆芯衰变热和主 系统的蓄热。 主冷却剂是含硼除盐水。通过其硼浓度的改变 可以补偿堆芯反应性的变化。 主冷却剂还同时兼作中子慢化剂和反射层。 作为堆冷却剂系统压力边界，包容堆冷却剂， 构成防止放射性外逸的第二道安全“屏障”。1

反应堆冷却剂系统范围主系统可分为两部分，即一次回路部分和卸压 蒸汽收集部分。 一次回路的主要部件包括：反应堆压力容器 (该容器包括控制棒驱动机械套管在内)、蒸 汽发生器的主冷却剂侧、主泵、稳压器(其上 接有卸压阀、安全阀、喷雾阀和波动管)、 主管道(共分三个部分，即压力容器与蒸汽发 生器之间的热段；蒸汽发生器与主泵之间的过 渡段和主泵与压力容器之间的冷段)、 测温旁路(每条环路各一支)、属于环路的辅 助系统部分管道(即从高压侧标起第二只隔离 阀以前的管道以及管道上的阀门和附件)。2

第一节 反应堆冷却剂系统REACTOR COOLANT SYSTEM(RCS)

按照功能,反应堆冷却剂系统可分为冷却系统 压力调节系统 超压保护系统

一回路主系统流程图

冷却系统由反应堆冷却剂泵、反应堆芯和蒸汽发生器及相应 的管道组成。 在正常功率运行时，反应堆冷却剂泵使冷却剂强迫循环通过 4 堆芯，带走燃料元件产生的热量，出堆芯。

冷却系统热量传递从元件到冷却剂的传热

流经堆芯的冷却剂带出堆芯的热量

反应堆冷却剂系统和设备的设计考虑全厂断电事故时，主泵停转，冷却剂失去 强迫循环。 保护系统实行紧急停堆，功率水平迅速下 降。 为了去除堆内衰变热，必须保证一定的冷 却剂流量。6

在反应堆冷却剂系统和设备的设计上， 采取措施增加泵的惯性流量 在反应堆冷却剂泵电动机顶部装飞轮，延长主泵断 电后的惰转时间，保证断电后短时间内有足够的流 量通过堆芯。 在一回路设备布置上，应使蒸汽发生器的位置高于反应堆 压力容器，以便建立和保持一个自然循环驱动压头。 在一回路出现两相流的情况下，必须考虑流动的不稳定性 问题。 增加堆芯与蒸汽发生器间的高度差仍然有效，但增加的办 法更倾向于降低堆芯高度，拉长反应堆压力容器而不是抬 高蒸汽发生器。 7

系统的参数选择一回路系统由若干并联 的环路组成。一个环路 所输送的热功率与压水 堆核电厂规模和设备设 计制造能力有关。 按照核电厂安全准则， 单堆

核电厂的环路数不 小于1,但过多的环路数 将增加设备投资，目前， 核电厂一回路一般采用2 -4条环路并联形式。 一般单环30万千瓦。8

典型压水堆核电厂功率及一回路容量用户 秦山一期 秦山二期 大亚湾 田湾 燃烧公司 (美) 西屋,法马 通 燃烧公司 (美) CNP1000( 中) 功率(MM) 功率 300 600 900 1000 900 1300 1300 1000 环路数 2 2 3 4 2 4 2 3 单环功率 (MW) 150 300 300 250 450 330 600 340 单环流量 ( t/h) 16100 17550 17550

21000 18000 23300 237909

一回路压力提高反应堆冷却剂的出口温度而不发生冷却剂容 积沸腾,必须提高一回路压力。 从提高核电厂的热效率来说，提高一回路系统冷 却剂的工作压力是有利的。 但是，这方面的潜力非常有限。例如,水的压力为 200bar时,其饱和温度也仅有365.7℃,而现代压水 堆一回路常用压力为155bar,其对应的饱和温度为 344.7℃。二者相比,压力提高了45bar,饱和温度 却仅提高21℃.显然,如此提高压力,在提高电厂效 率上的收益不大，反而对各主要设备的承压要求、 材料和加工制造等技术难度都大大增加了，最终 10 影响到电厂的经济性。

一回路压力综合考虑，一般压水堆核电厂一回路系统 的工作压力约为150bar左右。 设计压力取1.10~1.25倍工作压力； 1.10~1.25 冷态水压试验压力取1.25倍设计压力。

反应堆冷却剂的出口温度电厂热效率与冷却剂的平均温度密切相关。冷却剂 出口温度越高,电厂热效率越高。但冷却剂出口温度 的确定应考虑以下因素:燃料包壳温度限制 燃料包壳材料要受到抗高温腐蚀性能的限制,对于轻 水堆, 包壳材料Zr-4的允许表面工作温度应不高于350℃。 传热温差的要求 要有膜温压，若包壳温度限制在350℃,冷却剂温度至 少要比此温度低10℃-15℃,以保证正常的热交换。 冷却剂过冷度要求：应具有20℃左右的过冷度。 冷却剂平均温度为330 ℃12

反应堆冷却剂入口温度反应堆冷却剂的堆出口温度一旦确定,对于一个确 定热功率的反应堆,其入口温度与流量有单值关系. 入口温度越高,一回路冷却剂平均温度越高,从这 方面来说,对提高热效率有利. , . 但入口温度越高,冷却剂温升越小,所需冷却剂流 量越大, 这就增加了泵的功率.从而降低了电厂的 净效率. 冷却剂的入口温度应与流量综合考虑各自带来的 利弊以及其它一些因素后,选取最佳值.13

压水堆核电厂一回路参数范围压水堆核电厂一回路参数范围是:工作压力15MPa左右; 冷却剂在反应堆进口温度取280℃~300℃, 反应堆的出口温度取310℃~330℃, 进出口的温升为30℃~40℃. 核电厂变工况时，反应堆冷却剂平均温度变化 允许的最大温差为17℃~25℃。 反应堆的设计温度为350℃。14

一回路

系统冷却剂的流量一回路系统中冷却剂的流量较大，当单环 路对应的电功率为300MW时，冷却剂总质 量流量可达到15000t/h~21000t/h(即每 10MW热功率160t/h~250 t/h)。 主管道内冷却剂流速可达15 m/s,一回路 系统的总阻力约为0.6MPa~0.8MPa.

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