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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(fā)生器,作用：,1,、作為熱交換設備，產(chǎn)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(huán)式、強迫循環(huán)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(fā)生器有兩種類型：一種是帶汽水分離器的,飽
2、和蒸汽發(fā)生器,；一種是,立式直管強迫循環(huán)型,蒸汽發(fā)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(chǎn)廠家或國家,自然循環(huán),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(huán),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(fā)生器,,（一）特征,1,．自然循環(huán)；,2,．產(chǎn)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(nèi)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(fā)生器,法國設計的,55/19,型蒸汽發(fā)生器,型式,U,型管自然循環(huán)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(shù)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(fā)生器的主要設計參數(shù),,,大亞灣核電站,蒸汽發(fā)生器采用法國法馬通公司的,55/19B,型蒸汽發(fā)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(huán)蒸汽發(fā)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(huán)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(fā)生器二次側部件和一回路系統(tǒng)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(huán)管相連。給水環(huán)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(qū)域內(nèi)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(fā)生器中承受壓差最大的部件，通常呈半球形。 其應力狀態(tài)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(chǎn)物和化學物質的沉積，使得該區(qū)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(fā)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(fā)生器外殼的內(nèi)側間與,再,循環(huán)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(fā)生振動。且“,U”,型管數(shù)量多，增加了管板的鉆孔數(shù)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(fā)生器的管徑約為,22 mm,左右。,,材料選擇：,現(xiàn)代多數(shù)選用因科鎳（如,Inconel 690,）或用因科洛依（如,Incoloy 800,）等,鎳基合金,，經(jīng)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(chǎn)生應力腐蝕損失要比鎳基合金產(chǎn)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(xiàn)代大型核電站采用揮發(fā)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(chǎn)生應力腐
9、蝕，這是蒸汽發(fā)生器中引人注目的問題。,腐蝕易發(fā)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(xù)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(chǎn)周期也較長。,,為了確保一回路系統(tǒng)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(xiàn)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(nèi)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?yōu)槁菪€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(huán)狀水層。,水沿壁面螺旋上升至阻擋器，然后折返流經(jīng)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(nèi)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(jīng)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(jīng)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(huán)蒸汽發(fā)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(jīng)濟運行的重要條件之一，還由于自然循環(huán)蒸汽發(fā)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(fā)生器是用,自然循環(huán)式,的，其原理圖見右圖。在這類蒸汽發(fā)生器里，循環(huán)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(fā)生器,的運行原理,運行中的問題,,蒸汽發(fā)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(fā)生器的水位,蒸汽發(fā)生器的水位，是指在蒸汽發(fā)生器筒體和管束外圍板之間的環(huán)形腔室內(nèi)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(huán)，故在給水管道中有產(chǎn)生,汽錘,的危險。,,蒸汽發(fā)生器,水位的調(diào)節(jié),，是依靠控制給水流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的,進水流量閥門,而實現(xiàn)的，可以通過改變汽動給水泵轉速來調(diào)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(diào)節(jié),,(P102),2,、腐蝕的限制,,蒸汽發(fā)生器是壓水堆核電
14、廠的主要設備，也是核電廠運行中發(fā)生故障最多的設備之一。大多數(shù)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(fā)生泄漏。,隨著給水進入二次側的非揮發(fā)性雜質和腐蝕產(chǎn)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(huán)境條件。,1993,年,1,月，美國,特洛伊,(Trojan),成為第一個因蒸汽發(fā)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(fā)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(fā)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(chǎn)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(fā)生器管道破裂而停堆的。,為了保證蒸汽發(fā)生器的可靠性，,大亞灣核電站,蒸汽發(fā)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(fā)生器。,機械清洗技術目前以,美國的,CECIL,裝置,為最先進，能實現(xiàn)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(chǎn)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(fā)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(yōu)點,,傳熱
17、系數(shù)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(diào)整水質；,可應用在常規(guī)鍋爐中得到的經(jīng)驗。,（四）飽和蒸汽發(fā)生器的優(yōu)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(fā)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(huán)蒸汽發(fā)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(huán)蒸汽發(fā)生器。這種臥式
18、蒸汽發(fā)生器為,水平放置的單殼體結構,。給水預熱、二次側蒸汽的產(chǎn)生、汽水分離及蒸汽干燥都在同一個外殼內(nèi)進行。,,優(yōu)點：,1,）沒有水平管板，取而代之的是立式圓柱形連箱。在聯(lián)箱表面不會形成滯流區(qū)。,,2,）具有較大的蒸汽空間，單位蒸發(fā)面的負荷較立式蒸汽發(fā)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(nèi)布置。,,俄羅斯的這種蒸汽發(fā)生器經(jīng)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(lián)箱內(nèi)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(fā)生器為,лгв-1000
19、y,型，示于圖,3.34,。其蒸發(fā)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(fā)生器。,在少數(shù)壓水堆核電廠中采用了,直流式蒸汽發(fā)生器,。如圖，在這種蒸汽發(fā)生器內(nèi)，無水的再循環(huán)，二次側工質的流動依靠給水泵的輸送實現(xiàn)。外力強迫工質一次性流過傳熱管，在冷卻劑加熱下，給水經(jīng)過預熱、蒸發(fā)、過熱而達到所需要的溫度。,直流蒸汽發(fā)生器,,優(yōu)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(huán)式蒸汽發(fā)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(fā)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(fā)生器概述（47頁）
