二次侧蒸汽温度（压力 ）随负荷（功率）升高 而降低，呈反滑趋势
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直流蒸汽发生器 （Once-through Steam Generator，OTSG）
二次侧给水流过传热面，经预热、蒸发和过热，全部变为 过热蒸汽，因此循环倍率为1
二次侧工质的流动依靠给水泵提供的压头来维持
自然循环式蒸汽发生器 U-tube Steam Generator
倒U型传热管束 上部为分离段，下部为蒸
发段 分离段：设置2~3级汽水
分离器 蒸发段：管束套筒将蒸发
段分隔为下降空间和上升 空间 下封头为冷却剂进、出口 水室，由隔板隔开
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汽水分离装置
蒸汽中所含的水份过多（即湿度 过大），夹杂在蒸汽中的水滴和 溶于水中的盐分会造成汽轮机通 流部分积盐，降低汽轮机的效率 ，影响工作可靠性
相水沸腾，才能补偿较大体积的波动。 要求稳压器内的介质应经常处于两相平衡状态，水和蒸汽
的饱和状态能比较容易地发生相变，故能灵敏地调节因体 积变化而引起的压力变化。 蒸汽的膨胀和压缩
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2.5 系统布置形式 ① 分散式布置 ② 紧凑式布置 ③ 一体化布置
➢ 主要发展方向是从分散式布置向紧凑式布置和一体化布 置发展
电机可以采用普通电机，制 造方便，成本低廉
运行效率较高
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泵的特性参数
流量或排量 压头或扬程 轴功率和有效功率 效率 汽蚀余量
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离心泵的结构及其特性曲线
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离心泵的结构及其特性曲线
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② 紧凑式布置［堆外一体化布置］
［ 特征 ］ 蒸汽发生器、主泵、稳压器紧靠反应堆周围布置 主管道很短，较分散布置方式更为紧凑 有利于提高自然循环能力 增加了检修的困难 ［ 应用实例 ］
前苏联的“北极”号、 法国的 CAS3G
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图2-21 “北极”号一回路系统布置
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2.系统主要参数
零功率时 蒸汽发生器进、出口冷却剂温度均为278℃ 蒸汽温度278℃，压力为6.13MPa
反应堆冷却剂系统的运行压力确定为10.78MPa 排放压力为12.26MPa 设计压力为13.24MPa 设计温度为333℃ 蒸汽发生器为压力6.67MPa
倍率为1 二次侧工质没有蓄积，要求给水可靠 没有排污，对给水水质要求很高 产生微过热蒸汽，不需要汽水分离 存在管间脉动及流动不稳定，影响运行的安全可靠性 运行特性：一次侧冷却剂平均温度恒定，二次侧蒸汽压力
也恒定，更有利于运行与控制
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蒸发器设计遵循原则 在任何运行工况下，必须满足二回路系统所需的蒸汽流量
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2.2 蒸汽发生器（Steam Generator，SG）
蒸汽发生器是连接一、二 回路的关键设备（枢纽） ，将一回路冷却剂的热量 传输给二回路给水，以产 生蒸汽
蒸汽发生器的类型
自然循环蒸汽发生器
直流蒸汽发生器
•蒸汽发生器
•自然循环式
•直流式
•立式U型管式
•卧式
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汽水分离装置用于除去蒸汽中携 带的水份，提高饱和蒸汽的干度 ，向汽轮机供应干燥、清洁的饱 和蒸汽
通常采用多级分离器
•▲ 旋风分离器
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波纹板分离器工作原理
蒸汽在曲折通道内流动时多次改变流动方向，其中携带的水份在离心力 作用下被分离出来
波纹板上的挡水钩收集板面水膜，捕集蒸汽流中的水滴，汇集后沿凹槽 进入疏水装置
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图2-22 CAS3G的布置
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③ 一体化布置［堆内一体化］
［ 特征 ］ 蒸汽发生器、主泵、稳压器与反应堆成为一体 无主管道，布置紧凑 有利于提高自然循环能力 不存在因主管道破裂而引起的大失水事故（LOCA） 维修困难 ［ 应用实例 ］
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UTSG自然循环原理
管束套筒将蒸汽发生器下筒体 内的水分隔成冷（水）柱和热 （水）柱两个区域
冷（水）柱：给水和分离器分 离出的再循环水
热（水）柱：水和蒸汽混合物 冷（水）柱和热（水）柱之间
的密度差，为工质循环提供驱 动压头
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循环倍率
［ 定义 ］ 上升通道内汽水混合物总质量流 量与蒸汽质量的比值。
［ 管外直流 ］ 冷却剂在传热管内流动，二次侧工质在管外流动
［ 管内直流 ］ 冷却剂在传热管外流动，二次侧工质在管内流动
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OTSG的结构形式
•管内直流→
•←管外直流
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OTSG的特点
传热管为双层套管、螺旋盘管等多种形式 二次侧工质一次流过传热管，由不饱和水变为蒸汽，循环
[学习]反应堆冷却剂系统核 动力装置
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2 反应堆冷却剂系统
2.1 概述 2.2 蒸汽发生器 2.3 反应堆冷却剂泵 2.4 稳压器 2.5 系统布置形式 2.6 系统初步设计计算
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2.1 概述
1.系统功能及组成 2.设计要求 3.系统主要参数
反应堆冷却剂系统是核动力装置一回路的核心系统，通 过冷却剂的循环将反应堆堆芯产生的热量导出，传递给蒸汽 发生器二次侧工质，也称为主冷却剂系统
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UTSG的工作原理
［一次侧流程（冷却剂）］
热管段—进口水室—管板—倒U型 内部—管板—出口水室—冷管段
•水
［二次侧流程（给水-蒸汽）］
位
给水管道—给水环管—下降通道— 上升通道—汽水分离器（两级）— 出口蒸汽接管
下降段为单相水，上升段为饱和汽 水混合物，依靠流体密度差产生的 驱动力维持循环
及蒸汽参数要求；同时，尽可能改善蒸汽发生器的传热性
确保蒸汽发生器的工作可靠性，防止传热管腐蚀破裂； 尽可能尺寸小、重量轻，便于运输和安装； 结构简单，便于维修及适于在反应堆舱内的布置。
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2.3反应堆主冷却剂泵（MCP）
主泵是反应堆冷却剂系统的“心脏”，为冷却剂在主系统回 路中循环提供驱动压头
热量传输 压力保护 水质净化、水质监测 设备冷却、系统补水 余热排出、安全注射 废物处理
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2.设计要求
在正常运行工况和局部事故工况下，能提供足够的冷却剂 流量，保证堆芯得到充分冷却，防止燃料元件烧毁，稳定 、连续地将堆芯热量传输给蒸汽发生器二回路侧工质。
系统要有一定的自然循环能力。 主泵应有一定的惯性。
为保证堆芯的充分冷却，冷却剂流量通常较大，每个环路 中的冷却剂流量可达1500~2000t/h，但整个回路中流动阻 力并不很大，因而主泵具有低扬程、大流量的特点
主泵的形式 屏蔽泵：主要用于船用核动力装置、中小型核电厂 轴封泵：主要用于现代大型核电厂
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屏蔽泵的特点
泵体、电机全部密封在泵壳 内，电机定子用屏蔽套与冷 却剂隔离，电机轴承用水润 滑，电机由设备冷却水进行 冷却
2.4 稳压器（PRZ）
稳压器用于吸收一回路系统中冷却剂的波动，将主系统的 运行压力稳定在允许范围
稳压器的类型 气罐式稳压器 电热式稳压器（电加热器、喷淋）
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气罐式稳压器
通过向压力补偿器中充入或排出气体，以达到容积补偿的目的
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气体稳压器的特点
［ 优点 ］ 结构简单，辅助设备少，维护管理方便，压力控制程序简
便易行 处于备用状态时，无能量消耗 ［ 缺点 ］ 要有较大的质量和外形尺寸，气体管路分支多 气体会溶于水，对堆芯热工安全性的影响还有待验证
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电热式稳压器
在工作状态下，稳压器内的工 质（蒸汽和水）保持着两相平 衡的饱和状态
法国CAP、俄罗斯ABV-6M、日本MRX
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图2-23 CAP反应堆
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•图2-24 卡达拉希CAP原型堆结构
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图2-25 ABV-6M一体化压水堆
•应用了非能动应急给水系统、非 能动堆芯余热排出系统、安注系 统和氮气稳压系统 •钛合金直套管式结构的高效直流 蒸汽发生器 •一回路流程短、流动阻力小，自 然循环能力可达到100％额定功 率 • •便于维修。 •机动性好。
只能产生饱和蒸汽，需要设置汽水分离装置，使蒸汽发生 器结构复杂，汽轮机需要设置中间去湿装置
整个负荷区间，蒸汽压力变化范围大，对二回路的设计、 运行和管理带来困难
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UTSG的静态特性
［ 定义 ］ 在稳态工况下，主要参 数随装置负荷（功率） 变化的规律
常见的是一回路冷却剂 平均温度恒定
喷雾器用于抑制压力升高 电加热器用于抑制压力下降 安全阀用于超压时的保护 普遍用于压水堆核电站、船用
核动力装置
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“陆奥”号使用的电热式稳压器
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稳压器内部热工过程
小体积波动：稳压器内蒸汽相的膨胀和压缩补偿。 较大的体积波动：靠喷雾使蒸汽凝结或投入电加热器使液
事故时作为应急堆芯冷却的一种手段
与安全注射系统配合，应急冷却堆芯
作为包容运行参数下冷却剂的承压边界
是防止放射性物质泄漏的第二道安全屏障
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系统流程及范围