压水堆蒸汽发生器的工作原理与结构设计蒸汽发生器概述!10.ppt

压水堆蒸汽发生器的工作原理与结构设计蒸汽发生器概述!10 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望蒸汽发生器是产生汽轮机蒸汽发生器是产生汽轮机所需蒸汽的换热设备。所需蒸汽的换热设备。蒸汽发生器既是一回路设蒸汽发生器既是一回路设备，又是二回路设备，被备，又是二回路设备，被称为一、二回路的枢纽。称为一、二回路的枢纽。蒸汽发生器能否安全、可蒸汽发生器能否安全、可靠地运行对整个核动力装靠地运行对整个核动力装置的经济性和安全可靠性置的经济性和安全可靠性有着十分重要的影响。有着十分重要的影响。据压水堆核电厂事故统计据压水堆核电厂事故统计表明，蒸汽发生器在核电表明，蒸汽发生器在核电厂事故中居重要地位。厂事故中居重要地位。v蒸汽发生器概述蒸汽发生器概述蒸汽发生器的作用与地位蒸汽发生器的作用与地位第二章 第二章 1977年年一一年年，在在79座座运运行行的的压压水水堆堆核核电电厂厂，就就有有34座座发发生生了了蒸汽发生器蒸汽发生器传热管破损传热管破损 美美国国核核管管会会（NRC）在在1982年年发发表表的的调调查查报报告告指指出出，美美国国正正在在运运行行的的48座座核核电电厂厂中中，有有40座座发发生生了了蒸蒸汽汽发发生生器器事事故故，其其中中座座情况严重。情况严重。国国外外PWR核核电电厂厂的的非非计计划划停停准准次次数数中中约约有有四四分分之之一一是是因因有有关关蒸汽发生器问题蒸汽发生器问题而造成的而造成的 1992年年，在在205座座反反应应堆堆中中，报报告告蒸蒸汽汽发发生生器器有有问问题题的的达达172座座。同同年年美美国国PWR的的负负荷荷因因子子由由于于蒸蒸汽汽发发生生器器问问题题(包包括括传传热热管管破破损损和和更更换换蒸蒸汽汽发发生生器器)而而降降低低了了3.31,占占年年负负荷荷因因子子总总降低值的降低值的12.7。从从19791994年年，已已有有55台台蒸蒸汽汽发发生生器器因因传传热热管管严严重重破破损损而而被被迫迫更更换换，其其实实际际使使用用寿寿命命平平均均仅仅约约为为14年年（最最短短者者仅仅8年年），远未达到远未达到3040年的设计寿命。年的设计寿命。美美国国1992年年更更换换磨磨石石-2堆堆的的两两台台蒸蒸汽汽发发生生器器，停停堆堆192天天，耗耗费费1.9亿美元亿美元 一一些些蒸蒸汽汽发发生生器器的的可可靠靠性性是是比比较较低低的的，它它对对核核电电厂厂的的安安全全、可可靠靠性性和和经经济济效效益益有有重重大大影影响响。因因此此，各各国国都都把把研研究究与与改改进进蒸蒸汽汽发发生生器器当当作作完完善善压压水水堆堆核核电电厂厂技技术术的的重重要要环节，并制定了庞大的研究计划，环节，并制定了庞大的研究计划，主主要要包包括括：蒸蒸汽汽发发生生器器热热工工水水力力分分析析；腐腐蚀蚀理理论论与与传传热热管管材材料料的的研研制制；无无损损探探伤伤技技术术；振振动动、磨磨损损、疲疲劳劳研研究究；改改进进结结构构设设计计，减减少少腐腐蚀蚀化化学学物物的的浓浓缩缩；改改进进水水质质控控制制等。等。第二章 蒸汽发生器的基本技术要求蒸汽发生器的基本技术要求 蒸蒸汽汽发发生生器器及及其其部部件件的的设设计计，必必须须保保证证供供给给核核电电站站在在任任何何运运行行工况下所工况下所需要的蒸汽量及规定的蒸汽参数需要的蒸汽量及规定的蒸汽参数。蒸蒸汽汽发发生生器器的的容容量量应应该该最最大大限限度度地地满满足足功功率率负负荷荷的的需需要要，而而且且要求随着单机容量的增加，其技术经济指标会得到相应的改善。要求随着单机容量的增加，其技术经济指标会得到相应的改善。蒸汽发生器的所有蒸汽发生器的所有部件应该绝对地安全可靠部件应该绝对地安全可靠。蒸蒸汽汽发发生生器器各各零零、部部件件的的装装配配，必必须须保保证证在在密密封封面面上上排排除除一一回回路工质漏入二回路中去的可能性路工质漏入二回路中去的可能性。必须排除加剧腐蚀的任何可能性必须排除加剧腐蚀的任何可能性，特别是一回路中的腐蚀。，特别是一回路中的腐蚀。蒸蒸汽汽发发生生器器必必须须产产生生必必要要纯纯度度的的蒸蒸汽汽，以以保保证证蒸蒸汽汽过过热热器器在在高高温下可靠运行，并保证汽轮机可靠而经济地运行。温下可靠运行，并保证汽轮机可靠而经济地运行。蒸蒸汽汽发发生生器器应应该该设设计计得得简简单单紧紧凑凑，应应该该便便于于安安装装使使用用，便便于于发发现损坏并排除故障，并有可能彻底疏干现损坏并排除故障，并有可能彻底疏干。保证蒸汽发生保证蒸汽发生器具有高的技术经济指标器具有高的技术经济指标。第二章 蒸汽发生器的分类蒸汽发生器的分类按按照照工工质质流流动动方方式式可可分分为为：自自然然循循环环蒸蒸汽汽发发生器和直流蒸汽发生器；生器和直流蒸汽发生器；按按蒸蒸汽汽发发生生器器的的外外形形可可分分为为：卧卧式式蒸蒸汽汽发发生生器和立式蒸汽发生器；器和立式蒸汽发生器；按按传传热热管管形形状状可可分分为为:形形管管、直直管管、螺螺旋旋管以及由其它形状传热管构成的蒸汽发生器。管以及由其它形状传热管构成的蒸汽发生器。目目前前在在压压水水堆堆核核动动力力装装置置中中使使用用的的蒸蒸汽汽发发生生器器主主要要有有：立立式式U形形管管自自然然循循环环发发生生器器、卧卧式式自自然然循循环环蒸蒸汽汽发发生生器器和和列列管管式式直直流流蒸蒸汽汽发发生器。生器。第二章 电厂名称单位YankeeRowe秦山核电厂美滨二号Stade大亚湾核电厂WNP-5WNP-4WWER-1000类型立式U形管立式U形管立式U形管立式U形管立式U形管立式U形管立式直管卧式U形管国家及制造厂美国西屋中国上海锅炉厂日本三菱重工德国西门子法国法马通美国燃烧工程公司美国巴布柯克威尔柯克斯公司俄罗斯每台热功率MW150517.572847496519001880749一回路压力MPa13.815.215.415.515.515.515.513.9冷却剂进口温度293316.1320311.1327.6327.3331323冷却剂出口温度268287.9289284.6292.4295.8298289冷却剂流量t/h475612000122401100016754372733600014400二回路蒸汽压力MPa3.435.545.344.976.897.327.146.28二回路蒸汽温度243282269265284289306278.5蒸汽产量t/h258101014298981938390537951469给水温度160220221207.5226232240.5220传热面积m212503072.94120451054299700126915040传热管外径mm19.12222.2252219.0519.0515.912传热管壁厚mm1.81.21.271.21.091.070.861.2传热管数目根162029773260260544741600015648传热管材料ss304I-800I-600I-800I-690I-600I-6000Cr18Ni10Ti上筒体外径m2.593.634.223.604.4846.223.720下筒体外径m2.162.83.232.743.4464.823.7204(内径)总高m12.317.319.315.720.820.8823.013.84净重t85211.5277330750490264表2-2 压水堆核动力装置中几种典型蒸汽发生器的基本参数 第二章 工作原理工作原理 l定义定义：在蒸汽发生器中在蒸汽发生器中,如果水和汽水混合物的如果水和汽水混合物的循环不需要外加能量，而是依靠水和汽水混合循环不需要外加能量，而是依靠水和汽水混合物的密度差进行水循环，则称其为自然循环蒸物的密度差进行水循环，则称其为自然循环蒸汽发生器。汽发生器。自然循环蒸汽发生器又可分为自然循环蒸汽发生器又可分为立式自然立式自然循环蒸循环蒸汽发生器和卧式自然循环蒸汽发生器汽发生器和卧式自然循环蒸汽发生器。v立式立式U形管自然循环蒸汽发生器形管自然循环蒸汽发生器第二章 第二章 l基本结构与流程基本结构与流程 蒸汽发生器由上、下封头、管板、蒸汽发生器由上、下封头、管板、形管束、汽水分离装置及筒体形管束、汽水分离装置及筒体组件构成。组件构成。在一次侧在一次侧，来自反应堆的冷却剂，来自反应堆的冷却剂由下封头进口管进入进口水室，由下封头进口管进入进口水室，然后通过形管束将热量传递给然后通过形管束将热量传递给二次侧工质。冷却剂流出形管二次侧工质。冷却剂流出形管束后，经过出口水室，再从下封束后，经过出口水室，再从下封头出口管流出，由主冷却剂泵送头出口管流出，由主冷却剂泵送回反应堆。回反应堆。第二章 在二次侧在二次侧，二回路给水由给水泵输送到蒸，二回路给水由给水泵输送到蒸汽发生器的给水管，通过给水分配环管进汽发生器的给水管，通过给水分配环管进入管束衬筒与壳体之间所形成的环形下降入管束衬筒与壳体之间所形成的环形下降通道向下流动，通过衬筒与管板二次侧表通道向下流动，通过衬筒与管板二次侧表面之间的缺口处进入并横向冲刷管束，然面之间的缺口处进入并横向冲刷管束，然后折流向上，进入管束空间。水在形管后折流向上，进入管束空间。水在形管束空间吸收来自一回路侧的热量，被逐渐束空间吸收来自一回路侧的热量，被逐渐加热到饱和温度并不断产生蒸汽。当汽水加热到饱和温度并不断产生蒸汽。当汽水混合物向上流动并离开弯头区时，混合物向上流动并离开弯头区时，大约有大约有25%25%的饱和水蒸发为蒸汽的饱和水蒸发为蒸汽。汽水混和物继续。汽水混和物继续上行，首先进入一次粗分离器分离出大部上行，首先进入一次粗分离器分离出大部分水份，带有细小水滴的湿蒸汽继续向上分水份，带有细小水滴的湿蒸汽继续向上流动，经过重力分离后进入二级汽水分离流动，经过重力分离后进入二级汽水分离（干燥）器，进一步（干燥）器，进一步将蒸汽湿度降至将蒸汽湿度降至0.25%0.25%以下后以下后，由蒸汽导管引出，送往汽轮机做，由蒸汽导管引出，送往汽轮机做功。分离出的饱和水全部进入环形下降通功。分离出的饱和水全部进入环形下降通道，与二回路给水混合后成为循环水。道，与二回路给水混合后成为循环水。蒸发器16只只l自然循环蒸汽发生器的优点是：自然循环蒸汽发生器的优点是：水容积大；水容积大；蓄热量大；蓄热量大；缓冲性好；缓冲性好；对自动控制的要求不高。对自动控制的要求不高。由由于于可可进进行行锅锅内内水水处处理理和和排排污污，可可适适当当降降低低对对传传热热管管材材和和二二回回路路水水质的要求，从而简化了系统并提高了设备的安全可靠性。质的要求，从而简化了系统并提高了设备的安全可靠性。l自然循环蒸汽发生器的缺点是：自然循环蒸汽发生器的缺点是：为为保保证证蒸蒸汽汽品品质质，需需要要装装设设汽汽水水分分离离设设备备，使使蒸蒸汽汽发发生生器器的的结结构构复复杂杂，尺寸增大。尺寸增大。由由于于自自然然循循环环蒸蒸汽汽发发生生器器产产生生饱饱和和蒸蒸汽汽，因因此此需需要要在在汽汽轮轮机机高高低低压压缸缸之之间间装装设设汽汽水水分分离离再再热热器器或或在在汽汽轮轮机机内内加加装装分分离离级级，使使系系统统复复杂杂化化，投资提高。投资提高。静静态态特特性性较较差差。特特别别是是在在采采用用一一回回路路冷冷却却剂剂平平均均温温度度不不变变的的运运行行方方案案时时，当当蒸蒸汽汽负负荷荷从从满满负负荷荷降降到到零零负负荷荷时时，蒸蒸汽汽发发生生器器压压力力将将增增加加几几十十个大气压，使筒体的设计压力和给水泵的轴承载荷都大大增加。个大气压，使筒体的设计压力和给水泵的轴承载荷都大大增加。第二章 结构设计结构设计 l传热管传热管：蒸汽发生器的传热面积是由大量小直径薄壁无缝蒸汽发生器的传热面积是由大量小直径薄壁无缝U U形管组成，通常选形管组成，通常选用传热管的外径为用传热管的外径为121222 mm22 mm，壁厚小于，壁厚小于1.5 mm1.5 mm。在在19681968年以前年以前,传热管材料大多使用传热管材料大多使用18-818-8型奥氏体不锈钢型奥氏体不锈钢。后来由于出现了氯离子应力腐蚀破裂事故，大都改用只经工厂退火处后来由于出现了氯离子应力腐蚀破裂事故，大都改用只经工厂退火处理的理的Inconel-600Inconel-600合金（即合金（即I-600MAI-600MA）。这种管型在早期运行中性能良。这种管型在早期运行中性能良好，到好，到7070年代中期年代中期相继发生了耗蚀、凹痕和晶间腐蚀现象。相继发生了耗蚀、凹痕和晶间腐蚀现象。大约从大约从8080年代中期年代中期开始使用经特殊热处理的开始使用经特殊热处理的Inconel-600Inconel-600合金（即合金（即I-I-600TT600TT），），9090年代以后年代以后主要使用经特殊热处理的主要使用经特殊热处理的Inconel-690Inconel-690合金（即合金（即I-690TTI-690TT）；）；联邦德国联邦德国则从则从7070年代开始一直使用年代开始一直使用Incoloy-800Incoloy-800合金（即合金（即I-800I-800）。传。传热管在被弯成热管在被弯成U U形后，对于弯管直径小的传热管还需要再次进行热处形后，对于弯管直径小的传热管还需要再次进行热处理以消除残余应力。理以消除残余应力。第二章 钢钢号号密度密度/(g/cm3)导热导热系数系数/(W/m.)热热膨膨胀胀系数系数/（10-6/）抗拉抗拉强强度度/MPa屈服极限屈服极限/MPa1Cr18Ni9Ti8.015.48(100)18.5(0538)539196Inconel-600(退火退火)8.4214.65(室温室温)19.26(316)14.1(20300)549(室温室温)240(室温室温)215(300)Incoloy-8008.0211.72(室温室温)16.74(316)16.1(20300)491(300)167(300)Inconel-69017.6(350)14.7(20300)551276448田湾核田湾核电电厂厂秦山一期秦山一期秦山三期秦山三期秦山二期秦山二期大大亚亚湾、岭奥核湾、岭奥核电电厂厂蒸汽蒸汽发发生器数量生器数量42423 传热传热管材料管材料0Cr18Ni10TiI-800I-800I-690TTI-690TT传热传热面面积积，m261153077.531775632.55435传热传热管根数管根数110002977355046404478外径外径壁厚，壁厚，mm161.5221.215.91.1319.051.0919.051.09中国核电厂蒸汽发生器传热管材料与参数中国核电厂蒸汽发生器传热管材料与参数 蒸汽发生器传热管材主要性能蒸汽发生器传热管材主要性能 第二章 l管板管板：管板是传热管束的支撑基础，与传热管一起构成蒸汽发生器管板是传热管束的支撑基础，与传热管一起构成蒸汽发生器一、二次侧一、二次侧的分界的分界。一般用低合金高强度钢锻造而成一般用低合金高强度钢锻造而成。大型蒸汽发生器的管板厚度达。大型蒸汽发生器的管板厚度达500-500-700mm700mm，直径，直径3 m3 m左右，重量达左右，重量达2020吨以上，属于超厚锻件，因此要求材料吨以上，属于超厚锻件，因此要求材料具有优良的塑韧性及淬透性。具有优良的塑韧性及淬透性。为了与管子连接，管板上要钻数千乃至上万个小孔，而且对孔径公差、为了与管子连接，管板上要钻数千乃至上万个小孔，而且对孔径公差、节距公差、形位公差及管孔光洁度、垂直度都有很高的要求。因而，深节距公差、形位公差及管孔光洁度、垂直度都有很高的要求。因而，深孔钻成为蒸汽发生器制造的关键工艺。整个蒸汽发生器的生产周期在很孔钻成为蒸汽发生器制造的关键工艺。整个蒸汽发生器的生产周期在很大程度上取决于管板锻造和钻孔所耗费的时间。现在普遍采用多轴数控大程度上取决于管板锻造和钻孔所耗费的时间。现在普遍采用多轴数控深孔钻床进行管孔加工。深孔钻床进行管孔加工。第二章 下方下方与冷却剂接触的表面，需堆焊一层镍基合金与冷却剂接触的表面，需堆焊一层镍基合金，这样即抗腐蚀，又适，这样即抗腐蚀，又适合于同管子的焊接。合于同管子的焊接。管板二次侧表面附近，是传热管发生腐蚀事故最集中的区域之一管板二次侧表面附近，是传热管发生腐蚀事故最集中的区域之一。这主。这主要是由于在管板表面的污垢沉积以及管子与管板间的间隙中出现的干湿要是由于在管板表面的污垢沉积以及管子与管板间的间隙中出现的干湿交替现象，引起化学物质的浓缩。因此，交替现象，引起化学物质的浓缩。因此，新型蒸汽发生器传热管与管板新型蒸汽发生器传热管与管板间的连接除进行焊接外，还采用管板全长度胀管工艺间的连接除进行焊接外，还采用管板全长度胀管工艺，以消除管子与管，以消除管子与管板间的间隙，避免化学物质在间隙内浓缩。板间的间隙，避免化学物质在间隙内浓缩。l下封头下封头：下封头是蒸汽发生器中承受高压并与大气接触的唯一部件，通常设计成下封头是蒸汽发生器中承受高压并与大气接触的唯一部件，通常设计成半球形半球形，内侧堆焊镍基合金内侧堆焊镍基合金，并通过隔板将其分割为，并通过隔板将其分割为两个水室两个水室，每个水，每个水室都有一个连接到一回路的接管和人孔。室都有一个连接到一回路的接管和人孔。为了便于维修，在水室和人孔的最低点都设有疏水管，以保证能将蒸汽为了便于维修，在水室和人孔的最低点都设有疏水管，以保证能将蒸汽发生器发生器彻底疏干彻底疏干。人孔盖的密封由两道被压紧的人孔盖的密封由两道被压紧的“O”“O”形密封形密封环保证。在两道密封环之间环保证。在两道密封环之间有有引漏管与报警装置相连引漏管与报警装置相连，用来监测第一道密封环的密封性。，用来监测第一道密封环的密封性。半球形下封头虽然是最合理的承压形状，但由于开有四个大孔（二个人半球形下封头虽然是最合理的承压形状，但由于开有四个大孔（二个人孔及进、出口管嘴），孔及进、出口管嘴），开孔总面积达开孔总面积达40405050，使下封头应力状态十，使下封头应力状态十分复杂。分复杂。下封头通常在重型水压机下下封头通常在重型水压机下冲压成型冲压成型，然后焊接冷却剂进出口管嘴，工，然后焊接冷却剂进出口管嘴，工艺过程比较复杂。有些蒸汽发生器的下封头采用艺过程比较复杂。有些蒸汽发生器的下封头采用低合金钢或碳素钢铸造低合金钢或碳素钢铸造而成，工艺过程相对简化，但必须严格控制铸件质量。而成，工艺过程相对简化，但必须严格控制铸件质量。第二章 l管束支撑组件管束支撑组件：传热管束四周用传热管束四周用衬筒衬筒包围，从而将汽水流道分隔成上升通道与下降通道。包围，从而将汽水流道分隔成上升通道与下降通道。管束直段有若干块管束直段有若干块支撑隔板支撑隔板，在弯管区有，在弯管区有防振条防振条，用以固定管束，提高，用以固定管束，提高自振频率，防止在运行中由于流动诱发振动导致管束损坏。隔板自振频率，防止在运行中由于流动诱发振动导致管束损坏。隔板轴向轴向通通过拉杆和套筒用过拉杆和套筒用螺拴固定螺拴固定，径向通过一些防止管束整体震动的，径向通过一些防止管束整体震动的楔子固定楔子固定在衬筒上，再将衬筒用螺栓固定在筒体上。在衬筒上，再将衬筒用螺栓固定在筒体上。支撑隔板结构的设计支撑隔板结构的设计，应考虑二次侧流体的通过能力、流动阻力，限制，应考虑二次侧流体的通过能力、流动阻力，限制流动引起的振动及管孔间隙中的化学物质浓缩。流动引起的振动及管孔间隙中的化学物质浓缩。在管束下部管板上面还设置了在管束下部管板上面还设置了流量分配挡板和排污管流量分配挡板和排污管，前者用于保证中，前者用于保证中心区仍有足够的流速，避免腐蚀产物的积累，消除淤渣，减少管子产生心区仍有足够的流速，避免腐蚀产物的积累，消除淤渣，减少管子产生腐蚀破裂的危险；后者用于连续排污，控制水质。腐蚀破裂的危险；后者用于连续排污，控制水质。第二章 第二章 研究表明，管子支撑部位研究表明，管子支撑部位局部几局部几何结构何结构对缝隙区传热、传质过程对缝隙区传热、传质过程具有重要影响。具有重要影响。早期核蒸汽发生器由于使用圆形早期核蒸汽发生器由于使用圆形管孔和流水孔结构管孔和流水孔结构(图图2-3a)，导，导致在缝隙区出现局部缺液传热状致在缝隙区出现局部缺液传热状态，由此产生化学物质浓缩，这态，由此产生化学物质浓缩，这是造成传热管凹陷及支撑板破裂是造成传热管凹陷及支撑板破裂的主要原因。的主要原因。经过改进的设计为三叶形孔（图经过改进的设计为三叶形孔（图2-3b）或四叶形孔（图）或四叶形孔（图2-3d）。）。这使得该区域的腐蚀状况大为改这使得该区域的腐蚀状况大为改善善.如果采用栅格形支撑则更为有利如果采用栅格形支撑则更为有利(图图2-3c)。l汽水分离装置汽水分离装置：为了保证核动力装置能安全、经济地运行，蒸汽发生器出口的蒸汽湿为了保证核动力装置能安全、经济地运行，蒸汽发生器出口的蒸汽湿度必须严格控制在度必须严格控制在0.25%0.25%以下。现代的立式自然循环蒸汽发生器一般以下。现代的立式自然循环蒸汽发生器一般都在上筒体内设置两级汽水分离器，基本结构如图都在上筒体内设置两级汽水分离器，基本结构如图2-42-4所示。所示。第一级设置许多立式旋叶式汽水分离器第一级设置许多立式旋叶式汽水分离器(如图如图2-4a2-4a所示所示)，靠离心力分，靠离心力分离出大约离出大约80%80%90%90%的水量；的水量；第二级一般采用波形板分离器第二级一般采用波形板分离器(如图如图2-4b2-4b所示所示)或丝网干燥器，依靠惯或丝网干燥器，依靠惯性力进行汽水分离。两级汽水分离器分离出的水全部通过疏水管导入性力进行汽水分离。两级汽水分离器分离出的水全部通过疏水管导入下降环形流道与给水混合。下降环形流道与给水混合。在两级汽水分离器之间留出一定的高度，进行自然重力分离。在两级汽水分离器之间留出一定的高度，进行自然重力分离。同时，也常常在第一级汽水分离器前设置水下孔板、在第二级汽水分同时，也常常在第一级汽水分离器前设置水下孔板、在第二级汽水分离器后设置均汽孔板，用于均匀蒸汽负荷，提高汽水分离器的效率。离器后设置均汽孔板，用于均匀蒸汽负荷，提高汽水分离器的效率。第二章 第二章 l给水管给水管：给水管是一圆形环管，位于上筒体内第给水管是一圆形环管，位于上筒体内第一级汽水分离器的下面，是二回路给水一级汽水分离器的下面，是二回路给水进入蒸汽发生器的通道。进入蒸汽发生器的通道。在给水环管上焊有倒在给水环管上焊有倒J J形管，给水通过形管，给水通过倒倒J J形管进入环形下降空间，保证环管形管进入环形下降空间，保证环管内总是充满水，防止蒸汽进入，从而避内总是充满水，防止蒸汽进入，从而避免由于蒸汽泡的突然破灭而引发水锤现免由于蒸汽泡的突然破灭而引发水锤现象的发生（如图象的发生（如图2-5a2-5a所示）。所示）。由于由于U U形传热管的进出口温度有较大差形传热管的进出口温度有较大差异，因此给水沿蒸汽发生器周向的分配异，因此给水沿蒸汽发生器周向的分配是不均匀的，其中是不均匀的，其中80%80%的给水到热侧，的给水到热侧，20%20%到冷侧。到冷侧。在给水管与上筒体的贯穿处，由于给水在给水管与上筒体的贯穿处，由于给水温度大大低于筒体温度，直接焊接会造温度大大低于筒体温度，直接焊接会造成应力集中，因此常常采用如图成应力集中，因此常常采用如图2-5b2-5b所所示的套管结构来均匀温度场。示的套管结构来均匀温度场。第二章 l筒体组件筒体组件：蒸汽发生器筒体组件包括蒸汽发生器筒体组件包括上封头、上筒体、锥形体、下筒体等上封头、上筒体、锥形体、下筒体等。上封头上封头通常为标准通常为标准椭球形椭球形，封头顶部有，封头顶部有蒸汽出口管嘴蒸汽出口管嘴，管嘴内设，管嘴内设有限有限流器流器，用于在主蒸汽管道发生破裂事故时限制最大蒸汽流量，从而限，用于在主蒸汽管道发生破裂事故时限制最大蒸汽流量，从而限制蒸汽发生器二次侧部件和一回路系统的冷却速率，防止反应堆在紧制蒸汽发生器二次侧部件和一回路系统的冷却速率，防止反应堆在紧急停堆后又重返临界。急停堆后又重返临界。限流器限流器由七根小直径文丘里管组成，其中一根文丘里管位于管嘴中心由七根小直径文丘里管组成，其中一根文丘里管位于管嘴中心线上，其余六根文丘里管在圆周方向上均匀分布。线上，其余六根文丘里管在圆周方向上均匀分布。由于汽水分离器和给水环管都安装在上筒体内，因此由于汽水分离器和给水环管都安装在上筒体内，因此上筒体的直径一上筒体的直径一般要比下筒体粗，两者之间由锥形体连接般要比下筒体粗，两者之间由锥形体连接。上筒体还开有人孔上筒体还开有人孔以便对汽水分离器和传热管束上部进行检修，在以便对汽水分离器和传热管束上部进行检修，在下下筒体筒体靠近管板处靠近管板处设有若干个检查孔（手孔）设有若干个检查孔（手孔），以便检查该区域内的传，以便检查该区域内的传热管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热管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。沉积的淤渣。由于筒体组件只与二回路工质接触，因此，由于筒体组件只与二回路工质接触，因此，一般采用锅炉钢或低锰合一般采用锅炉钢或低锰合金钢制造。金钢制造。第二章 l定义定义：所谓卧式自然循环蒸汽发生器，所谓卧式自然循环蒸汽发生器，就是蒸汽发生器筒体轴线与地面平行就是蒸汽发生器筒体轴线与地面平行的自然循环蒸汽发生器。的自然循环蒸汽发生器。美国早期的核动力装置中曾采用卧式美国早期的核动力装置中曾采用卧式自然循蒸汽发生器（如，西平港核电自然循蒸汽发生器（如，西平港核电站和站和“舡鱼舡鱼”号核潜艇），但很快即号核潜艇），但很快即被立式被立式U U形管式自然循环发生器代替，形管式自然循环发生器代替，俄罗斯（前苏联）在压水堆电厂核动俄罗斯（前苏联）在压水堆电厂核动力装置中则一直使用卧式自然循环蒸力装置中则一直使用卧式自然循环蒸汽发生器，基本结构如图汽发生器，基本结构如图2-62-6所示。所示。v卧卧式式自自然然循循环环蒸蒸汽汽发生器发生器第二章 蒸汽发生器采用蒸汽发生器采用单筒体结构单筒体结构，U U形管固定在两个立式圆柱形联箱形管固定在两个立式圆柱形联箱上。上。传热管采用奥氏体不锈钢传热管采用奥氏体不锈钢，管子内表面进行管子内表面进行电化学抛光电化学抛光处理，处理，外表面进行外表面进行研磨处理研磨处理，表面质量，表面质量用超声波监督，以提高管材的抗用超声波监督，以提高管材的抗腐蚀能力。腐蚀能力。筒体和联箱的材料均采用高强度筒体和联箱的材料均采用高强度钢钢，在筒体的上部空间布置了水，在筒体的上部空间布置了水平或平或V V形波纹板汽水分离器和多形波纹板汽水分离器和多孔板孔板，汽水分离器与水面之间保，汽水分离器与水面之间保持足够的高度。因此，汽水混合持足够的高度。因此，汽水混合物离开蒸发面后，物离开蒸发面后，首先进行重力首先进行重力分离分离，然后进入波纹板汽水分离，然后进入波纹板汽水分离器进行细分离，以产生品质合格器进行细分离，以产生品质合格的蒸汽。的蒸汽。为均匀蒸发面负荷为均匀蒸发面负荷，在筒体的上部空间布置了，在筒体的上部空间布置了5 5根蒸汽引出管，引出根蒸汽引出管，引出管与水平集汽联箱相连。管与水平集汽联箱相连。在管束之上设有给水联箱，装在给水联箱上的给水分配管垂直插在在管束之上设有给水联箱，装在给水联箱上的给水分配管垂直插在U U形管束中间，这样该处的管排间隙就成了下降通道，另外的管排间隙形管束中间，这样该处的管排间隙就成了下降通道，另外的管排间隙和管束与筒体的间隙即为上升通道。当然，这里的上升、下降通道并和管束与筒体的间隙即为上升通道。当然，这里的上升、下降通道并不象立式自然循环发生器的上升、下降通道那样有明显的分界面。不象立式自然循环发生器的上升、下降通道那样有明显的分界面。二回路给水采用氨羧络合剂的水化学处理二回路给水采用氨羧络合剂的水化学处理，它与传热管材料相匹配，它与传热管材料相匹配，防止了氯离子腐蚀和其他类型的腐蚀。经过长期的电站运行考验，防止了氯离子腐蚀和其他类型的腐蚀。经过长期的电站运行考验，该该型蒸汽发生器具有良好的的运行纪录。型蒸汽发生器具有良好的的运行纪录。l卧式自然循环蒸汽发生器的突出优点是：卧式自然循环蒸汽发生器的突出优点是：(1)安全可靠性好。它没有水平管板，而是采用了立式联箱，这样水安全可靠性好。它没有水平管板，而是采用了立式联箱，这样水平平U形管根部汽水流动通畅，不会形成滞流区，因而不会造成泥渣沉形管根部汽水流动通畅，不会形成滞流区，因而不会造成泥渣沉积和腐蚀介质的浓缩，使传热管根部避免腐蚀破裂；积和腐蚀介质的浓缩，使传热管根部避免腐蚀破裂；(2)蒸发面负荷较小，采用比较简单的汽水分离装置即可保证蒸汽品蒸发面负荷较小，采用比较简单的汽水分离装置即可保证蒸汽品质；质；(3)采用奥氏体不锈钢传热管可以节省大量的镍金属，使得卧式自然采用奥氏体不锈钢传热管可以节省大量的镍金属，使得卧式自然循环蒸汽发生器的价格比较低廉。循环蒸汽发生器的价格比较低廉。第二章 l卧式自然循环蒸汽发生器的最大缺点是：卧式自然循环蒸汽发生器的最大缺点是：(1)体积大，重量大，金属耗量大；体积大，重量大，金属耗量大；(2)由于受到铁路运输的限制，蒸汽发生器的体积不能过大，因此单台极限功由于受到铁路运输的限制，蒸汽发生器的体积不能过大，因此单台极限功率负荷受到限制，一般不超过率负荷受到限制，一般不超过200300MW；(3)在安全壳内布置不方便；在安全壳内布置不方便；(4)须严格控制二回路侧水质指标，特别是氯离子指标。须严格控制二回路侧水质指标，特别是氯离子指标。l与卧式自然循环蒸汽发生器相比，立式与卧式自然循环蒸汽发生器相比，立式U形管自然循环蒸汽发生器的优点是：形管自然循环蒸汽发生器的优点是：(1)避免了汽泡的停滞，改善了传热，使水循环更加安全可靠；避免了汽泡的停滞，改善了传热，使水循环更加安全可靠；(2)单台电功率比卧式自然循环蒸汽发生器高；单台电功率比卧式自然循环蒸汽发生器高；(3)作为传热管的作为传热管的U形管可以自由膨胀；形管可以自由膨胀；(4)结构紧凑，相对于相同出力的卧式自然循环蒸汽发生器来说，具有较小的结构紧凑，相对于相同出力的卧式自然循环蒸汽发生器来说，具有较小的尺寸和重量，便于运输，易于布置；尺寸和重量，便于运输，易于布置；(5)维修方便。维修方便。l与卧式自然循环蒸汽发生器相比，立式与卧式自然循环蒸汽发生器相比，立式U形管自然循环蒸汽发生器的缺点是：形管自然循环蒸汽发生器的缺点是：(1)二回路侧管板上容易形成滞流区，引起二回路水在那里的流速过低，产生二回路侧管板上容易形成滞流区，引起二回路水在那里的流速过低，产生泥渣沉积、杂质浓缩和在传热管上发生干湿交替。因此，传热管的腐蚀破损大泥渣沉积、杂质浓缩和在传热管上发生干湿交替。因此，传热管的腐蚀破损大多数都发生在这个区域。多数都发生在这个区域。(2)巨大的水平管板加工技术难度大、工艺复杂、成本高；巨大的水平管板加工技术难度大、工艺复杂、成本高；(3)蒸汽离开蒸发面时的流速高，除湿难度大。蒸汽离开蒸发面时的流速高，除湿难度大。第二章 l定义定义：在直流式蒸汽发生器中，二回路工质的流动是依靠给水泵的压在直流式蒸汽发生器中，二回路工质的流动是依靠给水泵的压头来实现的，外力强迫二回路工质一次流过传热管，随着水沿传热管头来实现的，外力强迫二回路工质一次流过传热管，随着水沿传热管流动，水被一回路冷却剂加热，给水经过预热、蒸发、过热而达到所流动，水被一回路冷却剂加热，给水经过预热、蒸发、过热而达到所要求的温度，通常直流式蒸汽发生器可以产生微过热的蒸汽。要求的温度，通常直流式蒸汽发生器可以产生微过热的蒸汽。l直流式蒸汽发生器的主要特点是：直流式蒸汽发生器的主要特点是：强迫流动；强迫流动；产生微过热蒸气；产生微过热蒸气；没有内部的水循环，给水一次流过加热面而转变为蒸汽。没有内部的水循环，给水一次流过加热面而转变为蒸汽。直流式蒸汽发生器又可分为管外直流蒸汽发生器和管内直流蒸汽发生直流式蒸汽发生器又可分为管外直流蒸汽发生器和管内直流蒸汽发生器器管外直流蒸汽发生器管外直流蒸汽发生器是二回路工质在传热管外流动，而一回路冷却剂是二回路工质在传热管外流动，而一回路冷却剂在传热管内流动，主要应用于核电厂；在传热管内流动，主要应用于核电厂；管内直流蒸汽发生器管内直流蒸汽发生器则是二回路工质在传热管内流动，一回路冷却剂则是二回路工质在传热管内流动，一回路冷却剂在传热管外流动，主要应用于舰船核动力装置。在传热管外流动，主要应用于舰船核动力装置。使用最多的使用最多的是图是图2-72-7所示的列管式直流蒸汽发生器。所示的列管式直流蒸汽发生器。v直流式蒸汽发生器直流式蒸汽发生器第二章 蒸汽发生器由蒸汽发生器由上封头、下封头、上管板、下上封头、下封头、上管板、下管板、筒体、衬筒和管束组成。管板、筒体、衬筒和管束组成。球形球形封头由封头由低合金钢板低合金钢板冲压而成，一回路冷冲压而成，一回路冷却剂进口接管位于上封头，出口接管位于下却剂进口接管位于上封头，出口接管位于下封头，上、下封头都开有检查孔和人孔，球封头，上、下封头都开有检查孔和人孔，球形封头和进出口接管形封头和进出口接管内表面都堆焊有不锈钢内表面都堆焊有不锈钢层。层。管板管板用用低合金钢锻件低合金钢锻件制造，在与一回路冷却制造，在与一回路冷却剂接触的表面上剂接触的表面上堆焊与管材相同的材料。堆焊与管材相同的材料。筒体筒体采用采用碳素钢或低合金钢板碳素钢或低合金钢板卷板焊接而成。卷板焊接而成。传热管传热管目前均采用目前均采用镍基合金镍基合金。在管束上装有在管束上装有支撑板支撑板，其结构与立式自然循，其结构与立式自然循环发生器相同。环发生器相同。在传热管束外围有在传热管束外围有衬筒衬筒，衬筒与筒体间围成，衬筒与筒体间围成上下两段环形通道，其中上段为过热蒸汽的上下两段环形通道，其中上段为过热蒸汽的回流通道，下段为给水通道。回流通道，下段为给水通道。第二章 第二章 工作时，工作时，一回路冷却剂一回路冷却剂从顶部接管进入蒸汽发生器的上封头，向下流从顶部接管进入蒸汽发生器的上封头，向下流入传热管，将热量传给二回路工质，然后进入下封头，经出口接管流入传热管，将热量传给二回路工质，然后进入下封头，经出口接管流出。出。二回路给水二回路给水进入蒸汽发生器后，经过衬筒和下管板间的间隙进入进入蒸汽发生器后，经过衬筒和下管板间的间隙进入预热段，被加热后又沿着管束向上流动，并逐渐被加热至沸腾状态，预热段，被加热后又沿着管束向上流动，并逐渐被加热至沸腾状态，直至被全部汽化为蒸汽，并达到过热状态。直至被全部汽化为蒸汽，并达到过热状态。过热蒸汽过热蒸汽经上衬筒和上管板间的间隙，折流向下进入衬筒和筒体间的经上衬筒和上管板间的间隙，折流向下进入衬筒和筒体间的环形通道，最后自过热蒸汽出口管引出。环形通道，最后自过热蒸汽出口管引出。对奥康尼核电站对奥康尼核电站1 1号机组的一台蒸汽发生器的实际测量表明，当一回号机组的一台蒸汽发生器的实际测量表明，当一回路采用冷却剂平均温度线性增加的运行方案时，过热蒸汽温度随负荷路采用冷却剂平均温度线性增加的运行方案时，过热蒸汽温度随负荷的增加而增加，在高负荷时增加较慢，蒸发段的长度随负荷的增加成的增加而增加，在高负荷时增加较慢，蒸发段的长度随负荷的增加成直线关系增长。因而，直线关系增长。因而，对蒸发段来说，饱和温度将保持不变或变化很对蒸发段来说，饱和温度将保持不变或变化很小。小。相应地，当直流蒸汽发生器的负荷发生变化时，相应地，当直流蒸汽发生器的负荷发生变化时，蒸汽压力基本稳蒸汽压力基本稳定在一个数值上。定在一个数值上。事实上，事实上，负荷在负荷在15%15%以上时，以上时，蒸汽压力保持不变；负荷在蒸汽压力保持不变；负荷在15%15%以下时，以下时，蒸汽压力的增加也很小；蒸汽压力的增加也很小；零负荷时，零负荷时，蒸汽压力等于对应冷却剂平均温度的饱和温度。蒸汽压力等于对应冷却剂平