1、1,德國212型潛艇,俄羅斯“庫茲涅佐夫”級航空母艦,本節(jié)課要點,5.2核反應(yīng)堆 5.3 核動力裝置 5.4 核安全,2,1986年蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站,第五章 船舶核動力裝置,5.2核反應(yīng)堆,3,第五章 船舶核動力裝置,5.2核反應(yīng)堆,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)正常運行和保證反應(yīng)堆安全而設(shè)置的輔助系統(tǒng)。常規(guī)島主要包括汽輪機組及二回等系統(tǒng)。,1、壓水堆,第五章 船舶核動力裝置,5.2核反應(yīng)堆,5,以沸水堆為熱源的核能裝置。采用低濃（鈾-235濃度約

2、為3）的二氧化鈾作燃料，沸騰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、建造費用低和負(fù)荷跟隨能力強等優(yōu)點。它們都需使用低富集鈾作燃料。,2、沸水堆,第五章 船舶核動力裝置,5.2核反應(yīng)堆,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,第五章 船舶核動力裝置,5.2核反應(yīng)堆,7,以石墨作慢化劑，二氧化碳作冷卻劑，用天然鈾燃料，最高運行溫度為360，這種堆已有

3、豐富的運行經(jīng)驗，到90年代初期已運行了650個堆年。,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,第五章 船舶核動力裝置,5.2核反應(yīng)堆,8,各種動力堆特點,第五章 船舶核動力裝置,5.2核反應(yīng)堆,9,截止至2014年8月20日我國在運21臺核電機組,第五章 船舶核動力裝置,10,5.3核動力裝置,第五章 船舶核動力裝置,11,一、壓水堆核動力裝置原理,5.3核動力裝置,第五章 船舶核動力裝置,12,二、壓水堆核動力裝置的組成,5.3核動力裝置,第五章 船舶核動力裝置,13,冷卻堆芯，將熱量傳遞給蒸汽發(fā)生器

4、二回路兩側(cè)工質(zhì) 中子慢化，冷卻劑兼做慢化劑 作為包容運行參數(shù)下冷卻劑的承壓邊界,（一）反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng),5.3核動力裝置,第五章 船舶核動力裝置,14,1、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的設(shè)計要求,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； 滿足承壓邊界完整性要求； 系統(tǒng)雙重設(shè)置。,5.3核動力裝置,第五章 船舶核動力裝置,15,2、壓力安全系統(tǒng),主要設(shè)備為穩(wěn)壓器，是一個高壓容器。 穩(wěn)壓器內(nèi)部的冷卻劑存在液相和蒸汽相共存的狀態(tài)。在液相裝有電加熱器，在蒸汽相裝有向蒸汽相噴射冷卻劑的噴頭。,5.3核動力裝置,第五章 船舶核動力裝置

5、,16,2、壓力安全系統(tǒng),功能： （1）穩(wěn)態(tài)運行時，維持運行壓力 （2）汽輪機負(fù)荷變化時，吸收冷卻劑的體積變化 （3）汽輪機負(fù)荷變化時，穩(wěn)壓器可限制系統(tǒng)的壓力波動在允許的范圍內(nèi)。 （4）反應(yīng)堆啟動時，按主冷卻劑的升溫升壓要求，提高工作壓力，停堆時，按降溫降壓要求，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。,5.3核動力裝置,第五章 船舶核動力裝置,17,2、壓力安全系統(tǒng),當(dāng)汽輪機負(fù)荷減少時，冷卻劑的平均溫度增加，體積膨脹，冷卻劑通過波動管流入穩(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，吸收壓力波動。 當(dāng)汽輪機負(fù)荷增加時，冷卻劑的

6、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，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。,5.3核動力裝置,第五章 船舶核動力裝置,18,3、凈化系統(tǒng),凈化系統(tǒng)的作用是通過過濾、離子交換等手段連續(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。,5.3核動力裝置,4、余熱危機冷卻系統(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，用以去除堆芯放射性衰變熱以及一

7、回路裝置余熱。,第五章 船舶核動力裝置,19,5、安全注射系統(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，向反應(yīng)堆內(nèi)應(yīng)急充填和補給冷卻水，以去除衰變熱。 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。,5.3核動力裝置,6、非能動冷卻系統(tǒng) 核電廠：頂部沖入氮氣的處于高位的大水箱 船舶：依靠主冷卻劑系統(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，實現(xiàn)堆芯余熱的非能動排出。,第五章 船舶核動力裝

8、置,20,2、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的三種布置方式,5.3核動力裝置,第五章 船舶核動力裝置,21,日本“陸奧”號 各主要設(shè)備在堆艙內(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,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,日本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,5.3核動力裝置,第五章 船舶核動力裝置,22,三、二回路系統(tǒng)的組成,5.3核動力裝置,第五章 船舶核動力裝置,23,（一

9、）蒸汽系統(tǒng)的組成及功能,5.3核動力裝置,第五章 船舶核動力裝置,24,1、蒸汽系統(tǒng)的設(shè)計要求,管內(nèi)流動阻力盡量??； 有足夠的生命力和最大的工作可靠性； 有安全可靠的熱補償措施； 散熱損失?。?管道材料與蒸汽參數(shù)相適應(yīng)； 管道支撐能防振動、防搖擺并滿足熱補償要求。,5.3核動力裝置,第五章 船舶核動力裝置,5.4核安全,25,一、船用條件對核動力裝置的要求,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、補給困難； 船內(nèi)艙室空間有限，工作人員活動場所小，運行條件惡劣，運行管理難度很大； 船上、港口人員密集，輻射

10、防護(hù)要求高； 海洋氣候潮濕，空氣中含有鹽分，動力設(shè)備要具有抗腐蝕性能。,第五章 船舶核動力裝置,5.4核安全,26,1、艦船運動的類型數(shù)據(jù),水面艦船甲板傾斜度,水面非軍用船加速度,第五章 船舶核動力裝置,5.4核安全,27,2、航行遠(yuǎn)離基地、碼頭，維修、補給困難。,核潛艇在船塢內(nèi)維修,第五章 船舶核動力裝置,5.4核安全,28,3、船內(nèi)艙室空間有限，工作人員活動場所小，運行條件惡劣，運行管理難度很大。,第五章 船舶核動力裝置,5.4核安全,29,4、海上事故,2006年11月21日上午，日本潛艇“朝潮”號在宮崎縣油津港附近海域浮出海面時與排水量為4000噸的巴拿馬籍貨輪相撞，造成潛水艇立舵變形

11、，沒有造成人員傷亡。,潛艇后縱舵變形,事件經(jīng)過,第五章 船舶核動力裝置,5.4核安全,30,2007年1月9日，日本川崎汽船公司的“最上川”號大型油輪和美國“紐波特紐斯”號核動力潛艇在阿拉伯海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。,第五章 船舶核動力裝置,5.4核安全,31,2000年8月12日，造價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)堆處于安全關(guān)閉狀態(tài)，沒有造成核泄漏,第五章 船舶核動力裝置,5.4核安全,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臺機組（一站6臺，二站4臺）

12、，均為沸水堆。2011年3月12日受地震影響，福島第一核電站的放射性物質(zhì)泄漏到外部。,第五章 船舶核動力裝置,5.4核安全,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可靠的保證。 正常條件下，對人員的放射性輻照低于法定水平； 事故情況下，安全系統(tǒng)及時投入，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 是在核動力裝置的研制和使用中的首要問題。,二、安全性,第五章 船舶核動力裝置,34,C高放射性廢物：乏燃料,（一）三類核廢物,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)殘渣。,5.

13、4核安全,第五章 船舶核動力裝置,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、中放射性廢物處理,高放射性廢物處理,五個處理步驟 廢物分類及保存廢物包裝經(jīng)包裝的廢物運往處置場地經(jīng)包裝的廢物點收后進(jìn)行處理儲存及記錄質(zhì)量保證文件。,5.4核安全,第五章 船舶核動力裝置,5.4核安全,36,（二）輻射防護(hù)措施,核反應(yīng)堆工作時，不可避免有強烈的放射性輻射，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。,廣泛采用自動化設(shè)備，不斷

14、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。,第五章 船舶核動力裝置,37,在放射性物質(zhì)(裂變產(chǎn)物)和環(huán)境之間設(shè)置了四道屏障,只要其中有一道屏障是完整的,就不會發(fā)生放射性物質(zhì)外泄的事故。,第一道屏障-燃料芯塊 第二道屏障-燃料包殼 第三道屏障-壓力邊界 第四道屏障-安全殼,5.4核安全,（三）四道屏障,第五章 船舶核動力裝置,38,第一道屏障-燃料芯塊,核裂變產(chǎn)生的放射性物質(zhì)98以上滯留在二氧化鈾陶瓷芯塊中,不會釋放出來 。,第二道屏障-燃料包殼燃料芯塊密封在鋯合金包殼內(nèi)，防止放射性物質(zhì)進(jìn)入一回路水中。,5.4核安全,第五章 船舶核動力裝置,39,第三道屏障-壓力邊界由核燃料構(gòu)成的堆芯封閉在壁厚20厘米的鋼質(zhì)壓力容器內(nèi)，壓力容器和整個一回路都是耐高壓的，放射性物質(zhì)不會漏到