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1、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,,單擊此處編輯母版標題樣式,蒸汽發生器,作用：,1,、作為熱交換設備，產生蒸汽；,2,、作為連接設備，隔離一、二回路。,,類型,按照,工質流動方式,：,自然循環式、強迫循環式；,按,傳熱管形狀,：,,U,型管、直管、螺旋管等；,按,設備安裝方式,：立式、臥式。,在壓水堆核電廠中廣泛使用的蒸汽發生器有兩種類型：一種是帶汽水分離器的,飽
2、和蒸汽發生器,；一種是,立式直管強迫循環型,蒸汽發生器。在近代核電廠中，以前者應用較廣。,類別,放置,傳熱管,蒸汽,生產廠家或國家,自然循環,立式,U,型管,飽和汽,美國西屋公司、燃燒公司、法國、西德,,臥式,U,型管,飽和汽,俄羅斯,強迫循環,立式,,直管,微過熱汽,美國,B&W,公司,表,3.4,幾種主要的蒸汽發生器,,（一）特征,1,．自然循環；,2,．產生飽和蒸汽；,3,．一回路水在由管板連接的,U,型管,組成的管束內流動；,4,．在管束上方裝有,汽水分離器,和蒸汽干燥裝置。,立式飽和蒸汽發生器,法國設計的,55/19,型蒸汽發生器,型式,U,型管自然循環式,,一次側設計壓力（,MPa
3、,） 一次側設計溫度（,℃,） 二次側設計壓力（,MPa,） 傳熱管材料 傳熱管尺寸 傳熱管數目 傳熱面積（,m,2,） 上筒體外徑（,m,） 總高（,m,）,17.23,,343,,8.3,,Inconel-690,,19.05*1.09 m m,,4474,根,5435,,4.48,,20.8,法國,55/19,型蒸汽發生器的主要設計參數,,,大亞灣核電站,蒸汽發生器采用法國法馬通公司的,55/19B,型蒸汽發生器,,,傳熱管為,?,19.05,?,1.09 mm,的因科鎳,690TT,。蒸汽量為,539 kg/s,,蒸汽壓力為,6.75 MPa,。,,,立式,U,型管自然
4、循環蒸汽發生器是由,,外殼,—,水室,、,管板和管束,、,蒸汽干燥,,裝置,等組成。,（二）結構,外殼,由,鐵素體鋼板,制成。包括,上封頭,（蒸汽出口管咀中有若干限流器）、,上筒體,（,設有給水管咀并與給水環管相連,）、,下筒體,（,靠近管板處設有若干個檢查孔,）以及,錐形體,。,一回路水室,（下封頭），它焊在管板上，用,因科鎳隔板,分割成冷卻劑進、出口兩個水室。,1,、外殼,—,水室,,上封頭,通常為標準橢球形。蒸汽,出口管咀,中有若干個由小直徑文丘里管組成的,限流器,。用于在主蒸汽,管道破裂事故,時限制最大蒸汽流量，從而限制蒸汽發生器二次側部件和一回路系統的冷卻速率，可以,防止反應堆在緊急
5、停堆后又重返臨界,。,,上筒體,設有給水管咀并與給水環管相連。給水環管上設有若干,倒置,J,型管,。還設有兩,個人孔,，必要時可以進人更換干燥器。,,下筒體,在靠近管板處設有若干個,檢查孔,，以便檢查該區域內的傳熱管表面和管板的,二次側表面,，在必要時可用高壓水沖洗管板上表面沉積的淤渣。,,下封頭（一回路水室）,是蒸汽發生器中承受壓差最大的部件，通常呈半球形。 其應力狀態十分復雜，通常采用沖壓成型制造，技術難度大；也有的采用,低合金鋼,鑄造，工藝較簡單，但須嚴格控制鑄件質量。,管束,：,因科鎳管，倒,U,型排列，管子焊接在管板上。,管板,：,低合金鋼鍛造而成，很厚,（,500-700 mm,）
6、。,隔板（支撐板）,：,管子按正方形柵格布置，其間距以支撐板來維持，在管束整個長度方向設有,7-8,塊支撐板，支撐板之間用,拉桿,固定。,2,、管板和管束,早期的支撐板采用,圓形管孔,和,流水孔,結構；,新的設計普遍采用,四葉梅花孔,(,右圖,),。這種開孔將支撐孔和流通孔道結合在一起，增加了管,-,孔之間的流速，減少了腐蝕產物和化學物質的沉積，使得該區的腐蝕狀況大為改善。,抗振桿,：,在管束拱形部分，籍,抗振桿,固定以避免運行中由于流體流動誘發震動導致管板損壞。,圍板,：,鋼制圍板，給水在這個圍板和蒸汽發生器外殼的內側間與,再,循環水,混合后向下流動，通過圍板底部與管板之間的空隙向上流而沖刷
7、管束。,“U”,型傳熱管,“U”,型管采用無縫管材，其材料需有良好的抗腐蝕性能，并要求在運行溫度下有高的強度。,,管徑選擇：,,小管徑：,管壁薄，傳熱好，耗材少，可使設備體積小。但過細的管子剛性差，易發生振動。且“,U”,型管數量多，增加了管板的鉆孔數目。,,大管徑：,管壁厚，傳熱差，設備體積增大，并增加了單根管的長度，使拉管工藝難度增大。但抗振安全性好。,歐美大型蒸汽發生器的管徑約為,22 mm,左右。,,材料選擇：,現代多數選用因科鎳（如,Inconel 690,）或用因科洛依（如,Incoloy 800,）等,鎳基合金,，經特殊工藝處理后，,強度高，管壁薄,（,22mm,管徑的壁厚一般為
8、,1.2—1.3mm,）。故熱阻小，所需總換熱面積小，但材料,價格較昂貴,。,,常用管徑為,22,mm,、,19 mm,、,15.8 mm,，相應壁厚為,1.27mm,、,1.09mm,、,0.86mm,。,過去使用的,18-8,不銹鋼,，強度低，管壁厚，換熱面積大，產生應力腐蝕損失要比鎳基合金產生的晶間腐蝕的幾率大得多。,,水質控制：,在運行時，要保持水質成,堿性,（,pH>10,）和,減少水中的含氧量,以減緩腐蝕速率；,減少給水的含鹽量,以降低管壁積垢，提高傳熱效果（故現代大型核電站采用揮發性水處理，以減少給水中含鹽量）。,,18-8,不銹鋼,在氧離子、氯離子存在的情況下，最容易產生應力腐
9、蝕，這是蒸汽發生器中引人注目的問題。,腐蝕易發生在：“,U”,型管和管板的脹接處、接近管板上表面處和固定管束的支撐板和防震格架等處。,故要嚴格控制運行水質，并對爐水進行定期與連續的排污；改進制造工藝，消除殘余應力。,管 板,,管板一般選用,高強度低合金鋼材,制造。鍛件毛胚重達,50-100,噸，成品直徑約為,2.5-3.5,米，厚約,500-700,毫米，屬超厚鍛件。,一回路冷卻劑側有,9-10,毫米厚的不銹鋼堆焊層,。,由于管板大而厚，且開有密集的深孔,5000-8000,個，故它的制造工藝難度很大，生產周期也較長。,,為了確保一回路系統的密封性，“,U”,型傳熱管和管板的連接是十分重要的
10、問題。通常采用,脹接,和,焊接,雙重連接形式。,一般在管板鉆孔的全深度上進行脹管，以保證管子管板間貼合良好。脹接后的管子在管板堆焊層的一側再進行密封焊。,,目的：,減少在管板表面的雜質淤積及管子與管板間隙的干濕交替現象，可能引起化學物的濃集。,,二次側水與管束接觸后，在倒“,U”,型管束的管外空間上升時被加熱汽化，對帶有大量水分的,水,—,蒸汽混合物,的干燥分兩個階段進行。,第一步：,水,—,蒸汽混合物離開管束后先通過,旋流葉片式分離器,（粗分離器）；,3,、蒸汽干燥裝置,,（大亞灣）汽水分離器由,16,個直徑為,500 mm,的旋葉式分離器組成，每個分離器采用兩只切向疏水口和兩級疏水，設計了
11、,4,片導流螺旋葉片，升角為,30,。每個分離器的額定負荷為,33.6 kg/s,。,,,在分離筒內裝有一組固定的螺旋葉片。當汽水混合物流過時，由直線運動變為螺旋線運動，由于離心力作用使汽水分離，在中心形成汽柱而在筒壁形成環狀水層。,水沿壁面螺旋上升至阻擋器，然后折返流經分離筒與外套筒構成的疏水通道而進入水空間。當出口管內徑與汽水兩相充分分層時的蒸汽柱大致相同時，能取得良好的分離效果。,,第二步：,從分離器出來的蒸汽通過,人字形干燥器,（細分離器）。,經干燥后有了一定干度的飽和蒸汽（其額定濕度為,0.25%,）匯集于頂部，從蒸汽出口管引出，經二回路主蒸汽管通往汽輪機。,,汽水混合物在波紋板間流
12、動過程中多次改變流動方向，從而使夾帶的小水滴被分離出來。波紋板上的多道擋水鉤收集板面水膜并捕集蒸汽流中的水滴，分離出的水匯集后沿凹槽流入疏水裝置。,,汽水分離器是自然循環蒸汽發生器的重要部件。,這不僅由于合格的蒸汽品質是汽輪機安全經濟運行的重要條件之一，還由于自然循環蒸汽發生器的尺寸在很大程度上取決于汽水分離裝置的結構和工作特性。,飽和蒸汽發生器是用,自然循環式,的，其原理圖見右圖。在這類蒸汽發生器里，循環回路由,下降通道,、,上升通道,和連接它們的,管束圍板缺口,以及,汽水分離器,等組成。,（三）飽和蒸汽發生器,的運行原理,運行中的問題,,蒸汽發生器的運行主要有兩個問題：,——,水位的保持,
13、,——,腐蝕的限制,1,、蒸汽發生器的水位,蒸汽發生器的水位，是指在蒸汽發生器筒體和管束外圍板之間的環形腔室內測得的水位，也就是,冷水柱的水位,。,若,水位過高,，將導致流向汽輪機的蒸汽濕度過大；,若,水位過低,，會引起一回路冷卻不充分，有導致堆芯燒毀的危險。管束因溫度升高將可能破裂；同時，使蒸汽進入給水環，故在給水管道中有產生,汽錘,的危險。,,蒸汽發生器,水位的調節,，是依靠控制給水流量調節系統的,進水流量閥門,而實現的，可以通過改變汽動給水泵轉速來調整給水管和給汽管間的壓力差，而以測得的壓力差與負荷變化的整定值比較。,水位的調節,,(P102),2,、腐蝕的限制,,蒸汽發生器是壓水堆核電
14、廠的主要設備，也是核電廠運行中發生故障最多的設備之一。大多數故障是由于各種腐蝕（晶間腐蝕、晶間應力腐蝕、微振磨損、凹陷和耗蝕）使,“,U”,型管,或,管子與管板接頭處,發生泄漏。,隨著給水進入二次側的非揮發性雜質和腐蝕產物會在平管板上沉積成泥渣堆，也會積聚在支撐板與管子間的縫隙里和沉積在傳熱管外壁。這些沉積物中有許多是化學性質活潑的雜質和氧化物,,,為傳熱管的腐蝕提供了環境條件。,1993,年,1,月，美國,特洛伊,(Trojan),成為第一個因蒸汽發生器事故而永久性停堆的機組。,1993,年,1,月,25,日，,載恩,(Zion),核電站,2,臺機組又因蒸汽發生器的事故而提前停堆。,1989
15、,年,法國的,1300,ＭＷ核電站,，因蒸汽發生器管板上存在著金屬微粒，運行中被氧化而引起傳熱管產生凹痕。,美國愛迪生公司,印第安角,2,核電站,是于,2000,年,2,月,15,日因蒸汽發生器管道破裂而停堆的。,為了保證蒸汽發生器的可靠性，,大亞灣核電站,蒸汽發生器在每次換料停堆期間都要進行機械清洗（采用法國,SRA,公司的機械清洗裝置）；,,秦山核電站,也于,1998,年,7,月第,4,次換料停堆后首次機械清洗了蒸汽發生器。,機械清洗技術目前以,美國的,CECIL,裝置,為最先進，能實現沖洗、檢查與外來物取出一體化。,限制腐蝕的措施主要有：,選用合適的管材；,加快管板部位的水流速以改善清洗
16、作用；,控制水質，降低溫度；,對所有傳熱管進行熱處理，,以消除殘余應力和改善晶相組織；,更換防振桿,。,多年來研究者都在尋找高性能耐腐蝕傳熱管材料。早期的核電廠中，廣泛采用,奧氏體不銹鋼,作為傳熱管材，由于這類材料在含,Cl,-,，,O,2,，,OH,-,的高溫水中對應力腐蝕破裂敏感（主要的應力是管子在制造和裝配時產生的殘余應力）。,近年來，壓水堆核電廠中已廣泛采用,因科鎳,-690,作為傳熱管材，提高了鎳含量可以大大提高材料耐氯離子應力腐蝕能力，但鎳含量較高的因科鎳,-690,對晶間應力腐蝕（晶界發生與應力有關）敏感。因此，人們在試用含鎳量中等的因科鎳,-800,。,<,一,>,優點,,傳熱
17、系數很大,，熱交換是以,泡核沸騰,形式進行的；,,U,型管可自由膨脹；,,蓄水容積大,，具有緩沖作用，對給水及蒸汽自動控制要求不高；,可以通過排污量調整水質；,可應用在常規鍋爐中得到的經驗。,（四）飽和蒸汽發生器的優缺點,<,二,>,,缺點,只能得到飽和蒸汽，對汽輪機中間去濕裝置的要求高；,飽和蒸汽溫度低，因此蒸汽壓力相對較低，使得二回路效率不太好；,上部的干燥設備占很大體積，使蒸汽發生器結構復雜；,為防振，管子拱形部分的固定很困難；,管板有很大的尺寸，造成一些結構上的困難。,（五）臥式,U,型管自然循環蒸汽發生器,,俄羅斯和一些東歐國家的壓水堆核電廠，廣泛采用臥式自然循環蒸汽發生器。這種臥式
18、蒸汽發生器為,水平放置的單殼體結構,。給水預熱、二次側蒸汽的產生、汽水分離及蒸汽干燥都在同一個外殼內進行。,,優點：,1,）沒有水平管板，取而代之的是立式圓柱形連箱。在聯箱表面不會形成滯流區。,,2,）具有較大的蒸汽空間，單位蒸發面的負荷較立式蒸汽發生器的小，因而采用較簡單的汽水分離裝置就能保證蒸汽質量滿足標準。,缺點：,1,）出口蒸汽的濕度對水位波動比較敏感，因而對水位控制要求校高。,,2,）臥式安放，不便于在安全殼內布置。,,俄羅斯的這種蒸汽發生器經過幾次改進，包括采用較小直徑的傳熱管使受熱面積增加，聯箱內腔結構改進以便允許修理和更換有缺陷的傳熱管。新型大功率蒸汽發生器為,лгв-1000
19、y,型，示于圖,3.34,。其蒸發量為,1470 t/h,，殼體直徑為,4.4 m ,,長,14.5 m,，傳熱管尺寸,16×1.5mm,，共有傳熱管,9157,根。,我國,田灣核電站,采用這種蒸汽發生器。,在少數壓水堆核電廠中采用了,直流式蒸汽發生器,。如圖，在這種蒸汽發生器內，無水的再循環，二次側工質的流動依靠給水泵的輸送實現。外力強迫工質一次性流過傳熱管，在冷卻劑加熱下，給水經過預熱、蒸發、過熱而達到所需要的溫度。,直流蒸汽發生器,,優點,：,①,出口得到的通常是過熱蒸汽，,有較高的熱效率,。,②,它的傳熱管是直管式，且不帶汽水分離器、蒸汽干燥裝置等，因此,便于制造和組裝,。,,嚴重缺點,：,①,二回路水容量小,，一旦給水中斷，二回路容易燒干，不能把一回路熱量傳出去，而引起事故，因此對給水自動控制的要求很高。,②,它不能象自然循環式蒸汽發生器那樣排污，給水帶入的鹽分將大部分沉積在傳熱管上。,因此，直流式蒸汽發生器對,給水品質,及,傳熱管材的抗腐蝕性能,要求高。,中國核電論壇,
蒸汽發生器概述（47頁）
