焊工基础知识培训教材

第一章核电基本知识

一．前言

能源是一个国家发展农业、工业、国防、科学技术和提高人民生活水平的重要物资基础。电力则是国民经济发展中，能效高、使用方便，并得到广泛应用的二次能源。目前，人类赖以生存和发展主要的能源有煤、石油、天然气，它们的储量是有限的。因此开发新能源是人类生存与发展的需要，也是社会经济发展的需要。铀、钍是可以通过裂变释放核能的天然资源。如：1kg 铀-235全部裂变释放出热量相当于2700吨标准煤全部燃烧的能量。核能是新能源的一种，潜力大，我国的政策是大力发展能源，核电作为补充。

二．世界核电发展概况

1938年，科学家发现了中子轰击铀原子核时发生铀核分裂并释放大量能量后，人们立即转向核能的研究应用。

1942年美国建成世界上第一座核反应堆，实现链式反应。但至终并不能从反应堆中取得有用的热量。在第二次世界大战期间，几个大国大力研制核武器，直至战后，各国才开始重视核电的研究。

1954年6月前苏联建成世界上第一座电站，其电功率为5000KW。

1956年5月，英国建设的第一座石墨气冷堆核电站，其发电容量5000KW，但由于发电成本高，60年代中期压水堆核电站大量发展时，这个石墨气冷堆无法参与国际市场竞争，后来转为发展高温气冷堆核电机组。但由于高温氦气回路技术、环境剂量和材料等方面的问题尚未解决，故目前仍处于原型堆阶段。1956年，美国在核潜艇压水堆技术的基础上，建造了第一座压水堆核电站，其电功率为60MW。经过二、三十年的发展，在设计、建造、运行等方面取得了完整的经验。目前，单机最大功率已达1300MW。

1962年，加拿大建成了实验性重水堆核电站，后来又建造了电功率为540和750MW的重水堆核电机组。目前在我国建设的秦山坎杜核电站就是重水反应堆核电站，单机最大功率为700MW。世界上重水堆核电站不多（重水太贵）。

沸水堆核电站发展的很快，1960年美国第一座示范性沸水堆核电站投入运行以后，目前单机最大功率已达1300MW。

前苏联自第一座核电站开始，一直在设计、建造石墨水冷堆核电站，并在国内建造了一批功率为1000MW的核电机组。这种核电站安全尚有缺陷。自切尔诺贝利核电站事故后，正在进一步改进。

快中子堆是最有发展前途的核电站。因为它是一种增殖堆，能大量利用“核废料”。虽然世界上发达的国家已建成10多座快中子堆核电机组，但均为实验性的原型堆，尚有许多技术问题尚待解决。

99年底世界上共有核电机组436座，发电能量2394.6MW,占全部电能的1/4，目前，正在兴建的核电站有38座。核发电量在总发电量中占比例最高的10个国家：法国75%，立陶宛73.1%，比利时57.7%,保加利亚74.1%,斯洛伐克47%,瑞典46.8%,1乌克兰43.8%,韩国42.8%,匈牙利38.3%,亚美尼亚36.4%。

三．各种堆型核电站简介

核电站的分类是按反应堆的堆型来分的，目前世界上已经投入运行的几种核电站有：

A：沸水堆核电站

这种核电站的优点：

1．系统简单（只有一个回路，设备少。无蒸汽发生器、稳压器、主泵及一回主管道等）。

2．在反应堆压力低的情况下获得相对高的蒸汽参数。

这种核电站的缺点：

1．反应堆结构复杂，功率密度低。

2．汽轮机带有放射性，要采取防护措施。

B：压水堆核电站

这种核电站的优点：

1．反应堆的结构简单，功率密度高。

2．汽轮机不带放射性，勿需采取防护措施。

这种核电站的缺点：

1．系统复杂，设备多。

2．为得到较高的蒸汽参数，反应堆及一回路设备都要在很高的压力下工作，使其设计、制造困难。

C：重水反应堆核电站

这种核电站的优点：

1．用天然铀作燃料，提高了铀资源的利用率，降低了燃料的成本。

2．采用压力管省去技术复杂、制造困难、价格昂贵的压力壳。

3．能不停堆换料。

D：石墨气冷堆核电站

这种核电站的优点：

1．用天然铀作燃料成本低。

2．获得的蒸汽参数高，且为过热蒸汽。

这种核电站的缺点：

1．功率密度小，反应堆体积庞大。

2．燃料装量大、燃耗浅、自耗功大、发电成本高。

E：快中子堆电站

这种核电站的优点：

1．可利用核废料U238，大大提高铀资源的利用率。

2．可增殖核燃料。

这种核电站的缺点：

1．钠的腐蚀性强对设备、管道的材料要求高。

2．钠在空气中会燃烧，在水中会爆炸--- 钠水反应。故危险性大。

截止99年世界上正式在运行的各种堆型的核电机组,轻水堆占89%，而其中又以压水堆核电机组为最多，占了60%以上。

由此可见，压水堆是世界核电站的主要堆型，是最成熟；最安全；运行经验最丰富的堆型，由此我国建设的核电站（除坎杜核电站）全是选用压水堆。四．压水堆核电站简介

我国已在运行的大亚湾核电站，共装有二台900MW的机组，正在建设的岭澳核电站也是两台1000MW的机组，燃料为低浓铀UO2

，

浓缩度为3%左右。反应堆慢化剂和载热剂均为水，二回路工质也为水。

1．工作原理：

每台机组都由反应堆、蒸汽发生器、汽轮机、发电机、稳压器、主泵组成。

载热剂流过反应堆活性区时吸收核裂变产生的热能，然后随管路进入蒸发器的U型管内，再把热量传递U型管外的水，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，完成载热剂的密闭循环。此回路为一回路（蒸汽产生系统）。

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，将蒸汽热能变为汽轮机高速旋转的机械能，带动发电机发电。作完功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。此回路称为二回路（电力生产系统）。

一、二回路的称呼是根据能量转换的先后次序定的，两个回路必须相互配合工作，谁也不能单独进行。一、二回路的自然分界线是蒸发器的U型管传热面。但习惯上将蒸汽发生器作为一个完整的设备划归一回路。

二回路与常规火电站基本相同，故又称常规岛。

一回路是核反应堆，故称核岛。

压水堆核电站将核能转变为电能分四步，并在四个主要设备中实现。

第一步：反应堆将核能转变为热能（高温高压水）；

第二步：蒸汽发生器将一回路高温高压水中的热量传送给二回路的水，使其变为饱和蒸汽，在此只进行热量交换，不进行能量的转换；

第三步：汽轮机将饱和蒸汽的热能转变为高速旋转的机械能；

第四步：发电机将汽轮机的机械能转变电能。

2．核电站与常规火电站的比较

（一）系统、设备方面：

压水堆核电站中的反应堆和一回路系统相当于常规火电站的锅炉。

但它与锅炉相比在技术上要复杂的多，设计制造要困难的多，安全方面重

要的多。

（二）新蒸发参数

压水堆核电站的新蒸气参数比常规火电站低的多。电站装置热效率比火电低。但由于核燃料费用比火电低的多，所以核电成本低于火电。

（三）燃料运输方面

核电站在燃料运输方面优越的多，另外还省去大量的燃料储存场地和灰渣储存场地。

(四) 环境污染方面

火电站排放总剂量率约为正常运行情况下核电站的3倍。另外，火电站还大量排放CO2、SO2、CO污染大气环境。

五、核电站的安全保障

人们最关心核电站的安全，也就是担心放射性的安全问题。由于核燃料在反应堆中进行核裂变时将产生各种射线，而且在停堆以后乏燃料中仍长期产生r

射线。为使工作人员免遭这些射线的伤害和为防止放射性裂变产物外逸，污染环境，设置了三道屏障：

第一道屏障——燃料组件包壳。只要包壳不破损，放射性物质不可能外逸；

第二道屏障——一回路压力边界。燃料元件包壳万一破损，放射的物质也

只能外漏到一回路中，由一回路边界限制，放射物质不会

跑出一回路系统；

第三道屏障——安全壳。一回路主要设备、管路都安放在安全壳内。即便

一回路压力边界有破损，放射的物质外漏在安全壳内。安

全壳具有良好的密包性能。承受5bar的内压，故安全壳将

可靠地把放射性物质包容在内，放射性的物质不会进入大

气。

六、田湾核电站工程概况

核电站规划容量为4台一百万千瓦级压水堆核电机组。第一期工程建设两台由俄罗斯设计并供货的ASE-91型1000MW压水堆核电机组。每台机组由核岛部分、常规岛部分及其相应的配套辅助设施组成。

田湾核电站由俄罗斯承担总的技术责任；核二院作为中方技术设计总体院，负责中方承担部分工程设计总体协调、统一归口和俄方承担保护区围墙内总体与核岛设计任务范围的技术后援等工作。一期工程两台机组的核岛和常规岛设备主要由俄罗斯供货，部分从德国、法国等第三国采购，配套辅助设施分别由国内设计和供货。

田湾核电站厂址总平面本期按四台一百万千瓦级机组布置，场地一次平整。机组由东向西一列布置，机组中心线之间距离190m。由北向南厂房建筑物有固放废物暂存库、应急柴油发电机房、新燃料、运输和工艺设备、固放废物贮存库、安全厂房、核辅助厂房、反应堆厂房、核服务厂房、控制厂房、蒸汽间、汽轮机厂房、变压器。过二道核围墙为行政、保卫、消防信息中心等建筑物。行政办公楼西侧为500KV和220KV室外配电装置。双围墙的北侧为辅助厂房，西侧为三号、四号机组预留场地，作为本期的施工组装场地。

本标段安装工程施工范围为核电厂双围墙内核岛部分全部安装工作，其主要子项有：反应堆厂房（UJA）、蒸汽间（UJE）、安全厂房（UKD）、安全厂用