船舶(chuánbó)動(dòng)力裝置概論第十六次課第五章第一頁，共40頁。本節(jié)課要點(diǎn)(yàodiǎn)5.2核反應(yīng)堆5.3核動(dòng)力裝置(zhuāngzhì)5.4核安全21986年蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站第二頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置核反應(yīng)堆(héfǎnyìngduī)3第三頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置核反應(yīng)堆(héfǎnyìngduī)4以壓水堆為熱源的核能裝置。它主要由核島和常規(guī)島組成。核島中的四大部件是蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、主泵和堆芯。在核島中的系統(tǒng)設(shè)備主要有壓水堆本體，一回路系統(tǒng)，以及為支持一回路系統(tǒng)正常運(yùn)行和保證反應(yīng)堆安全而設(shè)置的輔助(fǔzhù)系統(tǒng)。常規(guī)島主要包括汽輪機(jī)組及二回等系統(tǒng)。1、壓水堆第四頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置核反應(yīng)堆(héfǎnyìngduī)5以沸水堆為熱源的核能裝置。采用低濃（鈾-235濃度約為3％）的二氧化鈾作燃料，沸騰(fèiténg)水作慢化劑和冷卻劑，并在反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)直接產(chǎn)生飽和蒸汽的動(dòng)力堆。沸水堆與壓水堆同屬輕水堆，都具有結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠、建造費(fèi)用低和負(fù)荷跟隨能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。它們都需使用低富集鈾作燃料。2、沸水堆第五頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置核反應(yīng)堆(héfǎnyìngduī)6重水堆是以重水作慢化劑的反應(yīng)堆，可以直接利用天然鈾作為核燃料。重水堆可用輕水(qīnɡshuǐ)或重水作冷卻劑，重水堆分壓力容器式和壓力管式兩類。目前達(dá)到商用水平的只有加拿大開發(fā)的坎杜堆，我國正建一座重水堆核電站。

3、重水堆第六頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置核反應(yīng)堆(héfǎnyìngduī)7以石墨(shímò)作慢化劑，二氧化碳作冷卻劑，用天然鈾燃料，最高運(yùn)行溫度為360℃，這種堆已有豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，到90年代初期已運(yùn)行了650個(gè)堆年。4、石墨氣冷堆采用钚或高濃鈾作燃料，一般用液態(tài)金屬鈉作冷卻劑。不用慢化劑。根據(jù)冷卻劑的不同分為鈉冷快堆和氣冷快堆。5、快中子堆第七頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置核反應(yīng)堆(héfǎnyìngduī)8類型冷卻劑慢化劑燃料特點(diǎn)壓水堆輕水輕水UO2堆芯在壓力容器內(nèi)沸水堆沸騰水沸騰水低富集鈾直接產(chǎn)生飽和蒸汽重水堆重水輕水/重水天然鈾壓力容器/管式氣冷堆氣體石墨液態(tài)金屬堆液態(tài)金屬--效率高各種動(dòng)力(dònglì)堆特點(diǎn)第八頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置核反應(yīng)堆(héfǎnyìngduī)9截止(jiézhǐ)至年8月20日我國在運(yùn)21臺核電機(jī)組第九頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置10核動(dòng)力裝置(zhuāngzhì)第十頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置11一、壓水堆核動(dòng)力裝置(zhuāngzhì)原理核動(dòng)力裝置(zhuāngzhì)第十一頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置12壓水堆核動(dòng)力裝置一回路二回路推進(jìn)系統(tǒng)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)專設(shè)安全系統(tǒng)一回路輔助系統(tǒng)廢物處理系統(tǒng)汽輪機(jī)回路蒸汽系統(tǒng)循環(huán)水系統(tǒng)船舶電站潤滑油系統(tǒng)造水系統(tǒng)二、壓水堆核動(dòng)力裝置(zhuāngzhì)的組成核動(dòng)力裝置(zhuāngzhì)第十二頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置13冷卻(lěngquè)堆芯，將熱量傳遞給蒸汽發(fā)生器二回路兩側(cè)工質(zhì)中子慢化，冷卻(lěngquè)劑兼做慢化劑作為包容運(yùn)行參數(shù)下冷卻(lěngquè)劑的承壓邊界（一）反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)(xìtǒng)核動(dòng)力裝置第十三頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置141、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(shèjì)要求保證堆芯的充分冷卻；應(yīng)有一定的自然循環(huán)能力；主泵應(yīng)有一定的慣性；一臺主泵失效，不能使冷卻劑系統(tǒng)失效；滿足適航性要求；滿足承壓邊界(biānjiè)完整性要求；系統(tǒng)雙重設(shè)置。核動(dòng)力裝置第十四頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置152、壓力安全(ānquán)系統(tǒng)主要設(shè)備為穩(wěn)壓器，是一個(gè)高壓容器。穩(wěn)壓器內(nèi)部的冷卻劑存在液相和蒸汽(zhēnɡqì)相共存的狀態(tài)。在液相裝有電加熱器，在蒸汽(zhēnɡqì)相裝有向蒸汽(zhēnɡqì)相噴射冷卻劑的噴頭。核動(dòng)力裝置第十五頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置162、壓力(yālì)安全系統(tǒng)功能：（1）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，維持運(yùn)行壓力（2）汽輪機(jī)負(fù)荷變化時(shí)，吸收冷卻劑的體積變化（3）汽輪機(jī)負(fù)荷變化時(shí)，穩(wěn)壓器可限制系統(tǒng)的壓力波動(dòng)在允許的范圍內(nèi)。（4）反應(yīng)堆啟動(dòng)時(shí)，按主冷卻劑的升溫升壓要求，提高工作壓力，停堆時(shí)，按降溫(jiàngwēn)降壓要求，使主冷卻劑壓力降下來。（5）排除主冷卻劑系統(tǒng)中的某些有害氣體。核動(dòng)力裝置第十六頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置172、壓力(yālì)安全系統(tǒng)當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷減少時(shí)，冷卻劑的平均溫度增加，體積膨脹，冷卻劑通過波動(dòng)管流入穩(wěn)壓器，壓縮蒸汽相部分，如果主冷卻劑壓力過大，打開噴霧管，向蒸汽相噴霧，冷凝一部分蒸汽，吸收(xīshōu)壓力波動(dòng)。當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷增加時(shí)，冷卻劑的平均溫度降低，體積收縮，冷卻劑通過穩(wěn)壓器底部的波紋管從下部流出穩(wěn)壓器，此時(shí)，穩(wěn)壓器內(nèi)壓力降低，液相水被蒸發(fā)達(dá)到熱平衡，為了加速液相水蒸發(fā)，可使用加熱器，提高蒸空間的壓力，從而使冷卻劑的工作壓力回升。核動(dòng)力裝置第十七頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置183、凈化系統(tǒng)凈化系統(tǒng)的作用是通過過濾、離子交換(lízǐjiāohuàn)等手段連續(xù)去除冷卻劑中溶解的和不可溶解的雜質(zhì)，保證冷卻劑中的雜質(zhì)濃度在允許值以下，降低冷卻劑的放射性水平。核動(dòng)力裝置(zhuāngzhì)4、余熱危機(jī)冷卻系統(tǒng)反應(yīng)堆停堆后，存在衰變熱，所以必須對反應(yīng)堆堆芯進(jìn)行停堆冷卻。余熱危機(jī)冷卻系統(tǒng)作用當(dāng)反應(yīng)堆正常停堆、冷停堆以及事故緊急停堆時(shí)，用以去除堆芯放射性衰變熱以及一回路裝置余熱。第十八頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置195、安全注射(zhùshè)系統(tǒng)和安全噴淋系統(tǒng)安全注射系統(tǒng)又叫應(yīng)急堆芯注水系統(tǒng)，某些事故如失水、停泵，斷電及主蒸汽管破裂時(shí)，向反應(yīng)堆內(nèi)應(yīng)急充填和補(bǔ)給冷卻水，以去除衰變(shuāibiàn)熱。應(yīng)急噴淋系統(tǒng)是在失水事故或堆艙內(nèi)主蒸汽管道破裂事故情況下，向堆艙(或安全殼)內(nèi)噴淋冷卻水，以降低堆艙(或安全殼)內(nèi)的壓力和溫度。核動(dòng)力裝置6、非能動(dòng)冷卻系統(tǒng)核電廠：頂部沖入氮?dú)獾奶幱诟呶坏拇笏浯埃阂揽恐骼鋮s劑系統(tǒng)的自然循環(huán)能力將堆芯余熱排到蒸汽發(fā)生器，蒸汽發(fā)生器二次側(cè)與應(yīng)急冷卻器之間依靠應(yīng)急給水的自然循環(huán)，將蒸汽熱量傳遞給海水，實(shí)現(xiàn)堆芯余熱的非能動(dòng)排出。第十九頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置202、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的三種(sānzhǒnɡ)布置方式核動(dòng)力裝置(zhuāngzhì)一體化布置緊湊式布置分散式布置RCS第二十頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置21“陸奧”號各主要設(shè)備(shèbèi)在堆艙內(nèi)呈分散布置狀態(tài)，依靠較長的主管道相連占用空間多自然循環(huán)能力較低維修方便A分散式布置(bùzhì)俄羅斯“北極”號破冰船蒸汽發(fā)生器、主泵、穩(wěn)壓器緊靠反應(yīng)堆周圍布置，主管道很短布置較為緊湊有利于提高自然循環(huán)能力B緊湊式布置C一體化布置MRX蒸汽發(fā)生器、主泵、穩(wěn)壓器與反應(yīng)堆集成一體，無主管道布置緊湊有利于提高自然循環(huán)能力無大失水事故核動(dòng)力裝置第二十一頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置22三、二回路(huílù)系統(tǒng)的組成二回路系統(tǒng)主汽輪機(jī)組蒸汽系統(tǒng)循環(huán)水系統(tǒng)潤滑油系統(tǒng)造水系統(tǒng)凝給水系統(tǒng)核動(dòng)力裝置(zhuāngzhì)第二十二頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置23蒸汽系統(tǒng)主蒸汽系統(tǒng)輔蒸汽系統(tǒng)乏汽系統(tǒng)蒸汽排放系統(tǒng)輸送新蒸汽至主汽輪機(jī)輸送減壓蒸汽至輔汽輪機(jī)收集輔汽輪機(jī)廢汽超壓排放，壓力保護(hù)（一）蒸汽系統(tǒng)(xìtǒng)的組成及功能核動(dòng)力裝置(zhuāngzhì)第二十三頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置241、蒸汽系統(tǒng)(xìtǒng)的設(shè)計(jì)要求管內(nèi)流動(dòng)阻力盡量?。挥凶銐虻纳妥畲蟮墓ぷ骺煽啃?；有安全可靠的熱補(bǔ)償措施；散熱損失??；管道(guǎndào)材料與蒸汽參數(shù)相適應(yīng)；管道(guǎndào)支撐能防振動(dòng)、防搖擺并滿足熱補(bǔ)償要求。核動(dòng)力裝置第二十四頁，共40頁。（1）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，維持運(yùn)行壓力第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置以石墨(shímò)作慢化劑，二氧化碳作冷卻劑，用天然鈾燃料，最高運(yùn)行溫度為360℃，這種堆已有豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，到90年代初期已運(yùn)行了650個(gè)堆年。采用钚或高濃鈾作燃料，一般用液態(tài)金屬鈉作冷卻劑。第四道屏障---安全殼核安全(ānquán)第二十七頁，共40頁。輸送減壓蒸汽至輔汽輪機(jī)第二十六頁，共40頁。核反應(yīng)堆(héfǎnyìngduī)第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置第一道防線

主要考慮對事故的預(yù)防，它要求核動(dòng)力裝置必須按嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量保證措施進(jìn)行設(shè)計(jì)，制造和運(yùn)行。第二十八頁，共40頁。2006年11月21日上午，潛艇“朝潮”號在宮崎縣油津港附近海域浮出海面時(shí)與排水量為4000噸的巴拿馬籍貨輪相撞，造成潛水艇立舵變形，沒有造成人員傷亡。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置核安全(ānquán)25一、船用條件對核動(dòng)力裝置(zhuāngzhì)的要求受海洋條件影響，如搖擺、傾斜、升降；易產(chǎn)生海上事故，如碰撞、觸礁、火災(zāi)、沉沒；負(fù)荷變化頻繁、幅度大；航行遠(yuǎn)離基地、碼頭，維修、補(bǔ)給困難；船內(nèi)艙室空間有限，工作人員活動(dòng)場所小，運(yùn)行條件惡劣，運(yùn)行管理難度很大；船上、港口人員密集，輻射防護(hù)要求高；海洋氣候潮濕，空氣中含有鹽分，動(dòng)力設(shè)備要具有抗腐蝕性能。第二十五頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置核安全(ānquán)261、艦船(jiànchuán)運(yùn)動(dòng)的類型數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)類型幅度/°時(shí)間/s左右搖擺3015俯仰搖擺107水面艦船甲板傾斜度加速度類型數(shù)值/g垂直±1.0橫向±0.5縱向±0.2水面非軍用船加速度第二十六頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置核安全(ānquán)272、航行遠(yuǎn)離基地、碼頭，維修(wéixiū)、補(bǔ)給困難。核潛艇在船塢內(nèi)維修→第二十七頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置核安全(ānquán)283、船內(nèi)艙室空間有限，工作人員活動(dòng)場所小，運(yùn)行(yùnxíng)條件惡劣，運(yùn)行(yùnxíng)管理難度很大。第二十八頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置核安全(ānquán)294、海上(hǎishànɡ)事故2006年11月21日上午，潛艇“朝潮”號在宮崎縣油津港附近海域浮出海面時(shí)與排水量為4000噸的巴拿馬籍貨輪相撞，造成潛水艇立舵變形，沒有造成人員傷亡?！凉撏Ш罂v舵變形↓事件經(jīng)過第二十九頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置核安全(ānquán)302007年1月9日，川崎汽船公司的“最上川”號大型油輪和“紐波特紐斯”號核動(dòng)力潛艇在阿拉伯海(ālābóhǎi)的霍爾木茲海峽相撞。油輪局部受損，但沒有人員傷亡，也沒有造成原油和核泄漏事故。第三十頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置核安全(ānquán)312000年8月12日，造價(jià)10億美元的俄羅斯核潛艇“庫爾斯克”號在巴倫支海爆炸沉沒，118人殉難反應(yīng)堆處于(chǔyú)安全關(guān)閉狀態(tài)，沒有造成核泄漏第三十一頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置核安全(ānquán)32福島核電站是目前世界世界最大的核電站，由福島一站、福島二站組成，共10臺機(jī)組（一站6臺，二站4臺），均為沸水堆。年3月12日受地震(dìzhèn)影響，福島第一核電站的放射性物質(zhì)泄漏到外部。第三十二頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置核安全(ānquán)33對船上所有人員的健康和對周圍環(huán)境的清潔與安全有切實(shí)可靠的保證。①正常條件下，對人員的放射性輻照低于法定水平(shuǐpíng)；②事故情況下，安全系統(tǒng)及時(shí)投入，防止放射性物質(zhì)外泄至環(huán)境。由于核裂變過程伴隨著放射性物質(zhì)的產(chǎn)生，核安全始終是在核動(dòng)力裝置的研制和使用中的首要問題。二、安全性第三十三頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置34C高放射性廢物(fèiwù)：乏燃料（一）三類(sānlèi)核廢物A低放射生廢物受到輕微污染的固體，例如手套及衣服等。B中放射性廢物來自核電站的工藝流程廢物，例如廢樹脂和蒸發(fā)殘?jiān)：税踩谌捻?，?0頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置35核電廠用過的乏燃料，送后處理廠經(jīng)處理其中97%可循環(huán)再用。剩余(shèngyú)的3%高放射性廢物，需用瀝青固化、水泥固化和玻璃固化等方法，使它變成不易滲透的固體，在后處理廠貯存，并最終送國家高放深地層處置中心處置。低、中放射性廢物(fèiwù)處理高放射性廢物處理五個(gè)處理步驟廢物分類及保存——廢物包裝——經(jīng)包裝的廢物運(yùn)往處置場地——經(jīng)包裝的廢物點(diǎn)收后進(jìn)行處理——儲存及記錄質(zhì)量保證文件。核安全第三十五頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置核安全(ānquán)36（二）輻射(fúshè)防護(hù)措施核反應(yīng)堆工作時(shí)，不可避免有強(qiáng)烈的放射性輻射，這就要求特別的屏蔽，限制或根本不讓艇員進(jìn)入潛艇的某些部位。廣泛采用自動(dòng)化設(shè)備，不斷監(jiān)測空氣的放射性和采用其他一些安全措施。對船員照射劑量的極限值都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。第三十六頁，共40頁。第五章船舶(chuánbó)核動(dòng)力裝置37在放射性物質(zhì)(裂變產(chǎn)物)