第五講蒸汽發(fā)生器演示文稿

第五講蒸汽發(fā)生器演示文稿當(dāng)前第1頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)優(yōu)選第五講蒸汽發(fā)生器當(dāng)前第2頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)類型按照工質(zhì)流動方式：自然循環(huán)式、強(qiáng)迫循環(huán)式；按傳熱管形狀：

U型管、直管、螺旋管等；按設(shè)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和蒸汽發(fā)生器；一種是立式直管強(qiáng)迫循環(huán)型蒸汽發(fā)生器。在近代核電廠中，以前者應(yīng)用較廣。當(dāng)前第3頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)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(qiáng)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

當(dāng)前第4頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)（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)生器當(dāng)前第5頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)法國設(shè)計(jì)的55/19型蒸汽發(fā)生器當(dāng)前第6頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)型式U型管自然循環(huán)式一次側(cè)設(shè)計(jì)壓力（MPa）

一次側(cè)設(shè)計(jì)溫度（℃）

二次側(cè)設(shè)計(jì)壓力（MPa）

傳熱管材料

傳熱管尺寸

傳熱管數(shù)目

傳熱面積（m2）

上筒體外徑（m）

總高（m）

17.23

343

8.3

Inconel-690

19.05*1.09mm

4474根

5435

4.48

20.8法國55/19型蒸汽發(fā)生器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

當(dāng)前第7頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)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19.051.09mm的因科鎳690TT。蒸汽量為539kg/s,蒸汽壓力為6.75MPa。當(dāng)前第8頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)立式U型管自然循環(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(jié)構(gòu)當(dāng)前第9頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)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(shè)有給水管咀并與給水環(huán)管相連）、下筒體（靠近管板處設(shè)有若干個(gè)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(jìn)、出口兩個(gè)水室。1、外殼—水室當(dāng)前第10頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)

上封頭通常為標(biāo)準(zhǔn)橢球形。蒸汽出口管咀中有若干個(gè)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(shí)限制最大蒸汽流量，從而限制蒸汽發(fā)生器二次側(cè)部件和一回路系統(tǒng)的冷卻速率，可以防止反應(yīng)堆在緊急停堆后又重返臨界。當(dāng)前第11頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)

上筒體設(shè)有給水管咀并與給水環(huán)管相連。給水環(huán)管上設(shè)有若干倒置J型管。還設(shè)有兩個(gè)人孔，必要時(shí)可以進(jìn)人更換干燥器。

下筒體在靠近管板處設(shè)有若干個(gè)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(cè)表面，在必要時(shí)可用高壓水沖洗管板上表面沉積的淤渣。當(dāng)前第12頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)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(yīng)力狀態(tài)十分復(fù)雜，通常采用沖壓成型制造，技術(shù)難度大；也有的采用低合金鋼鑄造，工藝較簡單，但須嚴(yán)格控制鑄件質(zhì)量。當(dāng)前第13頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)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（500-700mm）。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(gè)長度方向設(shè)有7-8塊支撐板，支撐板之間用拉桿固定。2、管板和管束當(dāng)前第14頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)早期的支撐板采用圓形管孔和流水孔結(jié)構(gòu)；新的設(shè)計(jì)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(jié)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(xué)物質(zhì)的沉積，使得該區(qū)的腐蝕狀況大為改善。當(dāng)前第15頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)抗振桿：在管束拱形部分，籍抗振桿固定以避免運(yùn)行中由于流體流動誘發(fā)震動導(dǎo)致管板損壞。圍板：鋼制圍板，給水在這個(gè)圍板和蒸汽發(fā)生器外殼的內(nèi)側(cè)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管束。當(dāng)前第16頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)“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(yùn)行溫度下有高的強(qiáng)度。

管徑選擇：

小管徑：管壁薄，傳熱好，耗材少，可使設(shè)備體積小。但過細(xì)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(shè)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22mm左右。當(dāng)前第17頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)材料選擇：現(xiàn)代多數(shù)選用因科鎳（如Inconel690）或用因科洛依（如Incoloy800）等鎳基合金，經(jīng)特殊工藝處理后，強(qiáng)度高，管壁?。?2mm管徑的壁厚一般為1.2—1.3mm）。故熱阻小，所需總換熱面積小，但材料價(jià)格較昂貴。

常用管徑為22mm、19mm、15.8mm，相應(yīng)壁厚為1.27mm、1.09mm、0.86mm。過去使用的18-8不銹鋼，強(qiáng)度低，管壁厚，換熱面積大，產(chǎn)生應(yīng)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。當(dāng)前第18頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)水質(zhì)控制：在運(yùn)行時(shí)，要保持水質(zhì)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）。當(dāng)前第19頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)

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(yīng)力腐蝕，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(yán)格控制運(yùn)行水質(zhì)，并對爐水進(jìn)行定期與連續(xù)的排污；改進(jìn)制造工藝，消除殘余應(yīng)力。當(dāng)前第20頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)管板管板一般選用高強(qiáng)度低合金鋼材制造。鍛件毛胚重達(dá)50-100噸，成品直徑約為米，厚約500-700毫米，屬超厚鍛件。一回路冷卻劑側(cè)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(gè)，故它的制造工藝難度很大，生產(chǎn)周期也較長。當(dāng)前第21頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)

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(jìn)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(cè)再進(jìn)行密封焊。

目的：減少在管板表面的雜質(zhì)淤積及管子與管板間隙的干濕交替現(xiàn)象，可能引起化學(xué)物的濃集。當(dāng)前第22頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)二次側(cè)水與管束接觸后，在倒“U”型管束的管外空間上升時(shí)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(gè)階段進(jìn)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(gè)直徑為500mm的旋葉式分離器組成，每個(gè)分離器采用兩只切向疏水口和兩級疏水，設(shè)計(jì)了4片導(dǎo)流螺旋葉片，升角為30。每個(gè)分離器的額定負(fù)荷為33.6kg/s。

當(dāng)前第23頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)當(dāng)前第24頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)在分離筒內(nèi)裝有一組固定的螺旋葉片。當(dāng)汽水混合物流過時(shí)，由直線運(yùn)動變?yōu)槁菪€運(yùn)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(gòu)成的疏水通道而進(jìn)入水空間。當(dāng)出口管內(nèi)徑與汽水兩相充分分層時(shí)的蒸汽柱大致相同時(shí)，能取得良好的分離效果。當(dāng)前第25頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)第二步：從分離器出來的蒸汽通過人字形干燥器（細(xì)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(jī)。當(dāng)前第26頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)汽水混合物在波紋板間流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。當(dāng)前第27頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)

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(zhì)是汽輪機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(jié)構(gòu)和工作特性。當(dāng)前第28頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)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(yùn)行原理當(dāng)前第29頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)運(yùn)行中的問題蒸汽發(fā)生器的運(yùn)行主要有兩個(gè)問題：——水位的保持

——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(dǎo)致流向汽輪機(jī)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(dǎo)致堆芯燒毀的危險(xiǎn)。管束因溫度升高將可能破裂；同時(shí)，使蒸汽進(jìn)入給水環(huán)，故在給水管道中有產(chǎn)生汽錘的危險(xiǎn)。當(dāng)前第30頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)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(jìn)水流量閥門而實(shí)現(xiàn)的，可以通過改變汽動給水泵轉(zhuǎn)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(fù)荷變化的整定值比較。水位的調(diào)節(jié)

(P102)當(dāng)前第31頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)2、腐蝕的限制蒸汽發(fā)生器是壓水堆核電廠的主要設(shè)備，也是核電廠運(yùn)行中發(fā)生故障最多的設(shè)備之一。大多數(shù)故障是由于各種腐蝕（晶間腐蝕、晶間應(yīng)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(jìn)入二次側(cè)的非揮發(fā)性雜質(zhì)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(xué)性質(zhì)活潑的雜質(zhì)和氧化物,為傳熱管的腐蝕提供了環(huán)境條件。當(dāng)前第32頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)1993年1月，美國特洛伊(Trojan)成為第一個(gè)因蒸汽發(fā)生器事故而永久性停堆的機(jī)組。1993年1月25日，載恩(Zion)核電站2臺機(jī)組又因蒸汽發(fā)生器的事故而提前停堆。1989年法國的1300ＭＷ核電站，因蒸汽發(fā)生器管板上存在著金屬微粒，運(yùn)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。當(dāng)前第33頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)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(jìn)行機(jī)械清洗（采用法國SRA公司的機(jī)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(jī)械清洗了蒸汽發(fā)生器。機(jī)械清洗技術(shù)目前以美國的CECIL裝置為最先進(jìn)，能實(shí)現(xiàn)沖洗、檢查與外來物取出一體化。當(dāng)前第34頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)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作用；控制水質(zhì)，降低溫度；對所有傳熱管進(jìn)行熱處理，以消除殘余應(yīng)力和改善晶相組織；更換防振桿。當(dāng)前第35頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)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-，O2，OH-的高溫水中對應(yīng)力腐蝕破裂敏感（主要的應(yīng)力是管子在制造和裝配時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)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(yīng)力腐蝕能力，但鎳含量較高的因科鎳-690對晶間應(yīng)力腐蝕（晶界發(fā)生與應(yīng)力有關(guān)）敏感。因此，人們在試用含鎳量中等的因科鎳-800。當(dāng)前第36頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)<一>優(yōu)點(diǎn)

傳熱系數(shù)很大，熱交換是以泡核沸騰形式進(jìn)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(zhì)；可應(yīng)用在常規(guī)鍋爐中得到的經(jīng)驗(yàn)。（四）飽和蒸汽發(fā)生器的優(yōu)缺點(diǎn)當(dāng)前第37頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)<二>

缺點(diǎn)只能得到飽和蒸汽，對汽輪機(jī)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(shè)備占很大體積，使蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)復(fù)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(jié)構(gòu)上的困難。當(dāng)前第38頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)（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。這種臥式蒸汽發(fā)生器為水平放置的單殼體結(jié)構(gòu)。給水預(yù)熱、二次側(cè)蒸汽的產(chǎn)生、汽水分離及蒸汽干燥都在同一個(gè)外殼內(nèi)進(jìn)行。當(dāng)前第39頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)當(dāng)前第40頁\共有45頁\編于星期六\17點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：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(fù)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(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)：1）出口蒸汽的濕度對