4.4.2.1 我國(guó)核電站發(fā)展概況

    利用核能發(fā)電的電廠稱(chēng)為核電站，核反應(yīng)堆是核電站的心臟。反應(yīng)堆類(lèi)型很多，根據(jù)用途，可以分為生產(chǎn)堆、試驗(yàn)堆動(dòng)力堆供熱堆。生產(chǎn)堆專(zhuān)門(mén)用來(lái)生產(chǎn)易裂變或易聚變物質(zhì)，其主要目的是生產(chǎn)核武器的原料和放射性同位素；試驗(yàn)堆主要用于試驗(yàn)研究，如進(jìn)行核物理、輻射化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等方面的基礎(chǔ)研究，以及反應(yīng)堆材料、元件、結(jié)構(gòu)材料、堆本身的動(dòng)靜態(tài)特性等的研究；動(dòng)力堆主要用于發(fā)電和作為潛艇、艦船、航天飛行器等推進(jìn)的動(dòng)力；供熱堆用于提供取暖、海水淡化、化工等用途的熱量。在核電站中，動(dòng)力堆主要有輕水堆、重水堆、石墨氣冷堆和快中子增值堆。輕水堆是以加壓的普通水（輕水）作為慢化劑和冷卻劑的反應(yīng)堆。輕水堆可以分為壓水堆和沸水堆。如果不允許水在堆內(nèi)沸騰，稱(chēng)為壓水堆。輕水堆是目前最主要的堆型。重水堆是以加壓的重水作為慢化劑，其冷卻劑可用重水或輕水。

    我國(guó)的核電工業(yè)起步于20世紀(jì)80年代，分為起步、騰飛和持續(xù)發(fā)展三個(gè)階段：在2000年前為起步階段，從1991年12月首座核電站—秦山核電站的并網(wǎng)發(fā)電開(kāi)始，掌握了核電站設(shè)計(jì)、制造、施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自主化和設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，形成完整的核工業(yè)體系；2000～2015年為騰飛階段，我國(guó)的核電裝機(jī)容量快速增加，核電設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入小批量生產(chǎn)，并具備了生產(chǎn)30萬(wàn)、60萬(wàn)和100 萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電站燃料組件的能力；2015～2020年為持續(xù)發(fā)展階段。

    截至2015年10月底，中國(guó)大陸運(yùn)行核電機(jī)組27 臺(tái)，總裝機(jī)容量2550萬(wàn)千瓦；在建核電機(jī)組25臺(tái)，總裝機(jī)容量2751萬(wàn)千瓦。中國(guó)開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型先進(jìn)壓水堆、高溫氣冷堆核電技術(shù)。“華龍一號(hào)”核電技術(shù)示范工程投入建設(shè)。中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆實(shí)現(xiàn)滿功率穩(wěn)定運(yùn)行72小時(shí)，標(biāo)志著已經(jīng)掌握快堆關(guān)鍵技術(shù)。

    按照中國(guó)核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)，到2020年，中國(guó)大陸運(yùn)行核電裝機(jī)容量將達(dá)到5800萬(wàn)千瓦，在建3000萬(wàn)千瓦左右；到2030年，力爭(zhēng)形成能夠體現(xiàn)世界核電發(fā)展方向的科技研發(fā)體系和配套工業(yè)體系，核電技術(shù)裝備在國(guó)際市場(chǎng)占據(jù)相當(dāng)份額，全面實(shí)現(xiàn)建設(shè)核電強(qiáng)國(guó)目標(biāo)。表4-24是截止2014年11月我國(guó)部分已建核電機(jī)組的基本情況。

    4.4.2.2 壓水堆核電站基本組成、設(shè)備主要金屬材料

    1.壓水堆核電站基本組成

    壓水堆核電站主要由核反應(yīng)堆、一回路系統(tǒng)、二回路系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成。廠房主要包括安全殼廠房、汽輪機(jī)廠房、燃料操作廠房及其他輔助設(shè)備廠房等，見(jiàn)圖4-55。

    壓水堆一回路系統(tǒng)，即反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)。構(gòu)成一回路系統(tǒng)的主要設(shè)備和管道，均屬于核安全一級(jí)的承壓設(shè)備。一回路系統(tǒng)的主要功能是將反應(yīng)堆內(nèi)核裂變產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出堆外，然后通過(guò)蒸汽發(fā)生器再把熱量傳遞給二回路水，給水受熱轉(zhuǎn)換為蒸汽做功，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組達(dá)到發(fā)電的目的，圖4-56給出了壓水堆核電站流程示意簡(jiǎn)圖。

    一回路系統(tǒng)主要設(shè)備有：

    （1）反應(yīng)堆壓力容器反應(yīng)堆壓力容器是轉(zhuǎn)載堆芯、支撐堆內(nèi)所有構(gòu)件和容納一回路冷卻劑并維持其壓力的堆本體承壓殼體。反應(yīng)堆壓力容器與一回路管道共同組成冷卻劑壓力邊界，當(dāng)燃料元件破裂時(shí)，壓力容器還具有密封放射性、阻止裂變產(chǎn)物逸散的功能，即起到了反應(yīng)堆安全屏障的重要作用。同時(shí)，壓力容器還是反應(yīng)堆中最大的和在核電廠服役期內(nèi)不可拆換的設(shè)備，其壽命決定了整個(gè)核電廠的服役年限。圖4-57是反應(yīng)堆壓力容器結(jié)構(gòu)示意圖。

    （2）蒸汽發(fā)生器蒸汽發(fā)生器是壓水堆核電廠中一、二回路之間的熱交換設(shè)備。它將反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量由一次側(cè)傳遞給二次側(cè)，使二回路側(cè)的水變成蒸汽，此蒸汽經(jīng)過(guò)汽水分離和干燥后驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

    壓水堆核電廠中廣泛使用的有立式U型管自然循環(huán)、臥式自然循環(huán)及立式直流蒸汽發(fā)生器三種。我國(guó)壓水堆核電廠大多采用國(guó)際上通用的立式U型管自然循環(huán)式蒸汽發(fā)生器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4-58所示。

    蒸汽發(fā)生器主要功能有：①在壽期內(nèi)提供滿足汽輪發(fā)電機(jī)組要求的蒸汽流量、壓力、溫度和濕度；②在停堆過(guò)程中排出余熱，使反應(yīng)堆冷卻劑溫度降到180℃，直至余熱排出系統(tǒng)投入運(yùn)行；③當(dāng)主泵失去電源時(shí)執(zhí)行自然循環(huán)排出余熱的功能；④屏蔽。

    （3）堆內(nèi)構(gòu)件堆內(nèi)構(gòu)件是指反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)除堆芯組以外的的所有其他構(gòu)件。堆內(nèi)構(gòu)件包括堆芯下部支承結(jié)構(gòu)（吊籃部件）、堆芯上部支承結(jié)構(gòu)（壓緊部件）、堆芯測(cè)量支承構(gòu)件及輻照監(jiān)督官等，見(jiàn)圖4-59。

    堆內(nèi)構(gòu)件的主要作用是將燃料組件精確地支承和定位于反應(yīng)堆堆芯中，防止堆芯組件在運(yùn)行過(guò)程中偏移或移動(dòng)；對(duì)控制棒棒束提供精確的對(duì)中與可靠的導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)控制棒棒束在反應(yīng)堆運(yùn)行過(guò)程中提升或降落，而在事故情況下實(shí)現(xiàn)快速落棒，并吸收控制棒組件快插產(chǎn)生的沖擊能量。