《蒸汽发生器》PPT讲义

第五讲蒸气发生器作用：1、作为热交换设备，形成蒸气；2、作为连结设备，隔离一、二回路。类别根据工质流动模式：自然循环式、强迫循环式；按传鳍片形状：U型管、直管、螺旋管等；按设备安装方法：卧式、卧式。在压水堆核电站中广泛使用的蒸气发生器有两种类别：一种是带饮料分离器的饱和蒸气发生器；一种是卧式直管逼迫循环型蒸气发生器。在晚清核电站中，以后者应用较广。类型放置传鳍片蒸气生产厂商或国家自然循环卧式U型管饱和汽中国西屋公司、燃烧公司、法国、西德立式U型管饱和汽美国逼迫循环卧式直管微过热汽中国B&W公司表3.4几种主要的蒸气发生器（一）特性1．自然循环；2．形成饱和蒸气；3．一回路水在由管板连结的U型管组成的管束内流动；4．在管束底部装有饮料分离器和蒸气烘干装置。卧式饱和蒸气发生器英国设计领导形象设计圆作业设计ao工艺废水处理厂设计附属安装工程施工组织设计清扫机器人结构设计的55/19型蒸气发生器型式U型管自然循环式一次侧设计压力（MPa）一次侧设计气温（℃）二次侧设计压力（MPa）传鳍片材料传鳍片规格传鳍片数量传质面积（m2）上筒体直径（m）总高（m）17.233438.3Inconel-69019.05*1.09mm4474根54354.4820.8爱沙尼亚55/19型蒸气发生器的主要设计参数惠州核电站蒸气发生器选用德国法马通公司的55/19B型蒸气发生器,传鳍片为19.051.09mm的因科镍690TT。蒸气量为539kg/s,蒸气压力为6.75MPa。卧式U型管自然循环蒸气发生器是由壳体—水室、管板和管束、蒸汽烘干装置等组成。（二）结构壳体由铁素体厚板制成。包括上弯头（蒸气出口管咀中有若干限流器）、上筒体（设有给水管咀并与给水环管相通）、下筒体（紧靠管板处设有若干个检测孔）以及锥形体。一回路水室（下弯头），它焊在管板上，用因科镍层板分割成冷却剂进、出口两个水室。1、外壳—水室上弯头一般为标准椭球状。蒸气出口管咀中有若干个由小半径文丘里管组成的限流器。适于在主蒸气管路断裂车祸时限制最大蒸气流量，因而限制蒸气发生器二次侧部

件和一回路系统的冷却速度，可以避免反应堆在紧急停堆后又重回临界。上筒体设有给水管咀并与给水环管相通。给水环管上设有若干倒置J型管。还设有两个人孔，必要时可以进人更换烘干器。下筒体在紧靠管板处设有若干个检测孔，从而检测该区域内的传鳍片表面和管板的二次侧表面，在必要时可用高压水冲洗管板上表面沉积的淤渣。下弯头（一回路水室）是蒸气发生器中承受压差最大的部件，一般呈半球状。其挠曲状态非常复杂，一般选用焊接成形制造，技术难度大；还有的选用低合金刚锻造，工艺较简略，但须严苛控制坯料品质。管束：因科镍管，倒U型排列，管子冲压在管板上。管板：低合金刚铸造而成，很厚（500-700mm）。层板（支撑板）：管子按正六边形栅格布置，其宽度以支撑板来维持，在管束整个宽度方向设有7-8块支撑板，支撑板之间用拉杆固定。2、管板和管束初期的支撑板选用方形管孔和流水孔结构；新的设计普遍选用四叶梅花孔(下图)。这些开孔将支撑孔和流通孔道结合在一起，降低了管-孔之间的流速，提高了磨蚀产物和物理物质的沉积，并且该区的磨蚀情况大为缓解。抗振杆：在管束弧形部份，籍抗振杆固定以防止运行中因为流体流动引发振动引起管板破损。围板：钢制围板，给水在这个围板和蒸气发生器机壳的两侧间与再循环水混和后向上流动，通过围板上方与管板之间的缝隙向下流而冲蚀管束。“U”型传鳍片“U”型管选用无缝型材，其材料需有良好的抗磨蚀功耗，并要求在运行气温下有高的硬度。孔径选择：小孔径：管壁薄，换热好，耗材少，可使设备容积小。但过细的管子刚性差，易发生震动。且“U”型管数目多，提高了管板的打孔数量。大孔径：管壁厚，换热差，设备容积减小，并提高了单根管的宽度，使拉管工艺难度减小。但抗振安全性好。欧美小型蒸气发生器的孔径约为22mm左右。材料选择：现代多数采用因科镍（如Inconel690）或用因科洛依（如Incoloy800）等镍基合金，经特殊工艺处理后，硬度高，管壁薄（22mm缸径的壁厚通常为1.2—1.3mm）。故黏度小，所需总传热面积小，但

材料售价较高昂。常用孔径为22mm、19mm、15.8mm，相应壁厚为1.27mm、1.09mm、0.86mm。过去使用的18-8铸铁，硬度低，管壁厚，传热面积大，形成挠度磨蚀损失要比镍基合金形成的晶间磨蚀的概率大得多。水质控制：在运行时，要保持氨氮成酸性（pH>10）和提高水底的含氧量以降低磨蚀频率；提高给水的含盐量以减少管壁磨蚀，增加传质疗效（故现代小型核电站选用挥发性水处理，以提高给水中含盐量）。18-8铸铁在氧离子、氯离子存在的状况下，最容易形成挠度磨蚀，这是蒸气发生器中引人注目的问题。磨蚀易发生在：“U”型管和管板的胀接处、接近管板上表面处和固定管束的支撑板和防灾格架等处。故要严苛控制运行氨氮，并对炉水进行定期与连续的排污；改进制造工艺，清除残余应力。管板管板通常采用高硬度低合金钢材制造。壳体毛胚净重50-100吨，成品半径约为2.5-3.5米，厚约500-700毫米，属超厚铸件。一回路冷却剂侧有9-10毫米厚的铝制点焊层。因为管板大而厚，且开有密集的盲孔5000-8000个，故它的制造工艺难度巨大，生产周期也较长。为了确保一回路系统的密封性，“U”型传鳍片和管板的连结是非常重要的问题。一般选用胀接和冲压双重连结方式。通常在管板打孔的全深度上进行胀管，以保证管子管板间贴合良好。胀接后的管子在管板点焊层的外侧再进行密封焊。目的：提高在管板表面的杂质淤塞及管子与管板间隙的干湿交替现象，或许导致物理物的浓集。二次侧水与管束接触后，在倒“U”型管束的管外空间上升时被加热熔化，对带有大量水份的水—蒸汽混和物的烘干分两个阶段进行。第一步：水—蒸汽混和物离开管束后先通过旋流茎秆式分离器（粗分离器）；3、蒸汽烘干装置（惠州）饮料分离器由16个半径为500mm的旋叶式分离器组成，每位分离器选用两只切向疏水口和两级疏水，设计了4片导流螺旋茎秆，升角为30。每位分离器的额定负荷为33.6kg/s。在分离筒内装有一组固定的螺旋茎秆。当饮料混和货运过时，由直线运动变为螺旋线运

动，因为离心力作用使饮料分离蒸汽发生器，在中心产生汽柱而在筒壁产生环型水层。水沿壁面螺旋上升至阻止器，于是折返流经分离筒与外套筒构成的疏水通道而踏入水空间。当出口管直径与饮料两相充分分层时的蒸气柱大致相同时，能取得良好的分离疗效。第二步：从分离器下来的蒸气通过人字形烘干器（细分离器）。经烘干后有了一定干度的饱和蒸气（其额定温度为0.25%）汇集于上方，从蒸气出口管引出，经二回路主蒸气管驶向汽轮机。饮料混和物在波纹板间流动过程中多次改变流动方向，因而使夹带的小水滴被分离下来。波纹板上的多道挡水钩搜集拉面水膜并捕集蒸气流中的水滴，分离出的水汇集后沿凹槽流入疏水装置。饮料分离器是自然循环蒸气发生器的重要部件。这除了因为合格的蒸气质量是汽轮机安全经济运行的重要条件之一，还因为自然循环蒸气发生器的规格在巨大程度上取决于饮料分离装置的结构和工作特点。饱和蒸气发生器是用自然循环式的，其原理图见下图。在这类蒸气发生器里，循环回路由增长通道、上升通道和连接他们的管束围板缺口以及饮料分离器等组成。（三）饱和蒸气发生器的运行原理运行中的问题蒸气发生器的运行主要有两个问题：——水位的保持——腐蚀的限制1、蒸汽发生器的水位蒸气发生器的水位，是指在蒸气发生器筒体和管束外围板之间的环型腔室公测得的水位，也就是热水柱的水位。若水位过低，将造成流向汽轮机的蒸气温度过大；若水位过高，会造成一回路冷却不充分，有造成堆芯损毁的危险。管束因体温下降将或许断裂；同时，使蒸气踏入给水环，故在给水管线中有形成汽锤的危险。蒸气发生器水位的调节，是借助控制给水流量调节系统的进水流量球阀而实现的，可以通过改变汽动给电机扭矩来调整给水管和给汽管间的压力差，而以测得的压力差与负荷变化的整定值比较。水位的调节(P102)2、腐蚀的限制蒸气发生器是压水堆核电站的主要设备，只是核电站运行中发生故障最多的设备之一。大多数故障是因为各类磨蚀（晶间磨蚀、晶间挠度磨蚀、微振磨蚀、凹陷和耗蚀）使“U”型管或管子与管板接头处发生爆燃。随着给水踏入二次侧

的非挥发性杂质和磨蚀产物会在平管板上沉积成泥渣堆，也会聚积在支撑板与管子间的空隙里和沉积在传鳍片外壁。这种沉积物中有许多是物理性质开朗的杂质和氧化物,为传鳍片的磨蚀提供了环境条件。1993年1月，法国特洛伊(Trojan)成为第一个因蒸气发生器车祸而永久性停堆的锅炉。1993年1月25日，载恩(Zion)核电站2台锅炉又因蒸气发生器的车祸而提早停堆。1989年英国的1300ＭＷ核电站，因蒸气发生器管板上存在着金属微粒，运行中被氧化而导致传鳍片形成裂痕。中国爱迪生公司印第安角2核电站是于2000年2月15日因蒸气发生器管线断裂而停堆的。为了保证蒸气发生器的牢靠性，惠州核电站蒸气发生器在每天换料停堆其间都要进行机械擦洗（选用德国SRA公司的机械擦洗装置）；秦山核电站也于1998年7月第4次换料停堆后首次机械擦洗了蒸气发生器。机械擦洗技术现在以英国的CECIL装置为最先进，能实现冲洗、检查与外来物取出一体化。限制磨蚀的举措主要有：采用合适的型材；推进管板部位的水流速以缓解擦洗作用；控制氨氮，增加体温；对所有传鳍片进行热处理，以清除残余挠度和缓解晶相组织；更换防振杆。多年来研究者都在寻求高功耗耐磨蚀传鳍片材料。初期的核电站中，广泛选用奥氏体镀锌作为传质型材，因为这类材料在含Cl-，O2，OH-的高冷水中对挠度磨蚀断裂敏感（主要的挠度是管子在制造和组装时形成的残余挠度）。近些年来，压水堆核电站中已广泛选用因科镍-690作为传质型材蒸汽发生器，增加了镍浓度可以大大减少材料耐氯离子挠度磨蚀能力，但镍浓度较高的因科镍-690对晶间挠度磨蚀（氢键发生与挠度有关）敏感。因而，人们在试用含镍量中等的因科镍-800。特点传质系数巨大，热交换是以泡核沸腾方式进行的；U型管可自由膨胀；蓄水体积大，具备缓冲作用，对给水及蒸气手动控制要求不高；可以通过排污量调整氨氮；可应用在常规机组中得到的经验。（四）饱和蒸气发生器的异同点劣势没法得到饱和蒸气，对汽轮机后边去湿装置的要求高；饱和蒸气气温低，因

此蒸气压力相对较低，并且二回路效率不太好；下部的烘干设备占巨大容积，使蒸气发生器结构复杂；为防振，管子弧形部份的固定很困难；管板有巨大的规格，导致一些结构上的困难。（五）立式U型管自然循环蒸气发生器美国和一些西欧国家的压水堆核电站，广泛选用立式自然循环蒸气发生器。这些立式蒸气发生器为水平放置的单外壳结构。给水预热、二次侧蒸气的形成、汽水分离及蒸气烘干都在同一个壳体内进行。特点：1）没有水平管板，取而代之的是卧式圆锥形连箱。在联箱表面不会产生滞流区。2）具备较大的蒸气空间，单位蒸发面的负荷较卧式蒸气发生器的小，因此选用较简略的饮料分离装置能够保证蒸气品质满足标准。劣势：1）出口蒸气的温度对水位波动比较敏感，因此对水位控制要求校高。2）立式安放，不方便在安全壳内布置。美国的这些蒸气发生器经过几次改进，包括选用较小半径的传鳍片使受热面积降低，联箱型腔结构改进从而容许维修和更换有缺陷的传鳍片。新型大功率蒸气发生器为лгв-1000y型，示于图3.34。其蒸发量为1470t/h，外壳半径为4.4m,长14.5m，传鳍片规格16×1.5mm，共有传鳍片9157根。我国田湾核电站选用这些蒸气发生器。在少数压水堆核电站中选用了直流式蒸气发生器。如图，在这些蒸气发生器内，无水的再循环，二次侧工质的流动借助给电机的输送实现。外力逼迫工质一次性流过传鳍片，在冷却剂加热下，给水经过预热、蒸发、过热而达到所须要的体温。直流蒸气发生器特点：①出口得到的一般是过热蒸气，有较高的热效率。②它的传鳍片是直管式，且不带饮料分离器、蒸汽烘干装置等，所以方便制造和装配。严重劣势：①二回路水容量小，即便给水中断，二回路容易烧干，不能把一回路糖分传回去，而导致车祸，所以对给水手动控制的要求很高。②它不能象自然循环式蒸气发生器这样排污，给水带入的盐分将大部份沉积在传鳍片上。因而，直流式蒸气发生器对给水质量及传质型材的抗磨蚀功耗要求高。美国核电峰会