蒸汽发生器..ppt

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1、蒸汽发生器,核岛调试处,目录,概述蒸发器分类蒸发器结构自然循环循环倍率蒸发器主要性能参数,1 概述,蒸发器是一回路与二回路连接的枢纽，因此它既是一回路设备，也是二回路的设备。同时蒸发器也是一、二回路的屏蔽，还具有防止带有放射性的流体进入二回路，以保持常规岛设备不具有放射性。,1 概述,实际运行表明，蒸发器的安全、可靠运行对于整个核电厂的经济性与安全性具有着举足轻重的作用。在上世纪70年代末，仅1977年在全部79 座运行的压水堆电站中就有34座发生了传热管破损。我们知道蒸发器传热管破损只能进行堵管，而堵管数目超过10%将导致蒸汽器需整体更换，如果更换，其经济损失严重。对于核电厂而言，除去设计改

2、进，更重要的是蒸发器从到达现场开始,安装阶段的保养、调试、运行与维修各个阶段的活动都必须科学而严格地管理和操作，国内其它核电厂的经历与反馈值得我们警示与重视,2 蒸汽发生器的分类,蒸汽发生器主要按二回路介质在蒸汽发生器内的流动方式分为自然循环、辅助循环和强迫循环三种。蒸发器还可以有其它形式的分类，比如可按传热管形状分为U型管式、直管式、螺旋管式等多种；按设备安装方式分为立式和卧式两种；按结构特征分为带预热器和不带预热器两种。大亚湾、岭澳一期采用的是法国结构的立式筒体不带预热器倒置U型传热管管板型自然循环式的蒸汽发生器,2 蒸汽发生器的分类,自然循环式,辅助循环式,强迫循环式,3 蒸汽发生器结构

3、,这里我们只介绍大亚湾与岭澳使用的倒U型传热管管板型自然循环式的蒸汽发生器蒸发器的结构。型号：55/19,蒸发器外部支撑,垂直支撑下部横向支撑上部横向支撑,垂直支撑由四根独立的管式立柱组成支柱顶部用螺栓固定在蒸汽发生器下封头上，底部用螺栓固定于混凝土基础上。为了允许主管道及蒸汽发生器膨胀自由位移，支柱采用球形铰接或双端销接结构,下部横向支撑由蒸汽发生器下封头结构及用螺栓固定于设备墙上的梁、杆件、挡块等组成。支撑允许系统热膨胀自由位移，但在事故发生时轴向止挡结构起限制位移的作用。,上部横向支撑位于蒸汽发生器重心附近，由梁、减震框架、双向作用式液压阻尼器及拉杆等组成。对热膨胀产生的慢速位移，阻尼器

4、不起作用，但对于地震、管道破裂而引起的突加载荷，阻尼器将会有效地限制其位移,蒸发器的支撑结构示意,蒸发器在倾翻机的帮助下起竖,在间隔就位的蒸发器,蒸发器通过龙门架运进安全壳,3 蒸发器结构,内部总体结构大致分为以下几个部分蒸发器下封头管板蒸发器传热管束、支撑板给水环管一次与二次汽水分离装置蒸发器上封头、筒体组件,3 蒸汽发生器结构,3 蒸汽发生器结构,下封头是蒸汽发生器一回路侧承受冷却剂高压的部件，为一个半球形封头。下封头采用低合金碳素钢铸造成型，下封头内壁与冷却剂接触表面堆焊56 mm厚的不锈钢覆盖层，以降低腐蚀使冷却剂保持良好的水质和较低的放射性水平。下封头与管板焊成一体，并由焊接在管板上

5、的因科镍600合金隔板将下封头空间分隔成二个水室，每个水室开有一个进口（或出口）接管和一个人孔。人孔用来对蒸汽发生器管板、传热管进行在役检查和检修。检查一般采用遥控无损探伤技术。,一回路接管,人孔,正在制造中的LA2 SG下封头,利用涡流探伤设备检查传热管,正在制造中的LA2 SG下封头,3 蒸汽发生器结构管板,管板厚555 mm，采用高强度（MnMoNi）低合金钢锻造而成管板属于超厚锻件，因此要求具有优良的塑 韧性和淬透性。管板上管孔多达8948个，用以与U形传热管连接密封管板对孔径、节距、形位公差及管孔壁光洁度都有很高的要求。因此，整个蒸汽发生器的生产周期往往取决于管板的锻造和钻孔所耗的时

6、间管板与一回路冷却剂接触表面堆焊有三层因科镍合金复覆层。传热管与管板连接采用管板全深度胀管工艺加端部密封焊接，消除管孔与传热管间隙，避免间隙内沉积、浓缩化学物质,制造中LA2 管板,一重为恰其玛制造的管板,正在焊接传热管束（大亚湾）,3 蒸汽发生器结构,导热管与管束组件蒸汽发生器共有4474根传热管，呈正方形栅格组成倒U形管束传热管选用因科镍690合金管。一回路冷却剂在管内流动，二回路给水在管外汽化传热管外径19.05 mm，厚1.09 mm管束传热面积5429 m2堵管余量10%。,3 蒸汽发生器结构,传热管材料需有耐腐蚀性能。运行实践与研究表明，任何材料只有在一定条件下才具有优良的抗腐蚀性

7、能，而传热管的损坏与蒸汽发生器的热工水力特性和运行水质密切相关。因此，优良的管材与合理的蒸汽发生器的结构和适度的水质相结合，才能达到满意的结果。另外，给予传热管适当的热处理和表面处理对提高传热管抗腐蚀性能也具有重大意义。,3 蒸汽发生器结构,管束：正方形排列的倒U形管。传热管四周的套筒：将汽水流道分隔成为上升通道与下降通道。支撑板（直管段）与防振条（弯管段）：固定管束，提高自振频率，防止流动诱发振动。,管束套筒,防振拉杆,支撑板,传热管的破损与监测,蒸汽发生器传热管占一回路承压边界总面积的80。传热管的品质下降引起的安全性问题：潜在的在役破管危险反应堆冷却剂漏进二回路,传热管的破损与监测,腐蚀

8、机制与预防机制传热管破损取决于三个因素：传热管的材料、制造运行过程中材料产生的应力运行环境（温度和水化学）SG最普遍的传热管降质类型晶间腐蚀,传热管的破损与监测,腐蚀机制与预防机制预防措施管材选用因科镍690，增加抗晶间应力腐蚀性能二次侧水处理改为全挥发处理，防止区域性的耗蚀管束支撑板用不锈钢，改为梅花孔，防止管子压陷改用胀管工艺和U性管弯曲段热处理，消除制造过程中的残余应力保证二回路水质停堆维修期间，定期清洗以消除层积的污垢运行过程中传热管两侧压差不得大于11MPa,传热管的破损与监测,泄漏监测制造阶段胀管前，用氮气试验对管子与管板间的焊缝检漏运行期间16N放射性跟踪验证一二回路密封SG出口

9、蒸汽：精确，快速冷凝器抽气泵处空气：快速排污水：精确，较慢停堆维修对传热管进行在役检查,传热管的破损与监测,破损管子的维修堵管在管子的两端各焊一个管塞便宜允许堵管率：10衬管采用机械胀管或焊接为传热管增加一个金属衬管费用高衬管区仍是发生慢性降质机制的独特区域,传热管损坏，最好的办法就是更换蒸汽发生器AREVA已经更换过79台蒸汽发生器,3 蒸汽发生器结构,上筒体下端设有给水接管，管嘴与筒体内给水环管相连。环管上设有许多并非均匀布置的倒置的J形管嘴，其目的是防止产生汽锤热侧有80的流量冷侧有20的流量,给水接管,倒J型管嘴,3 蒸汽发生器结构,汽水分离装置其功能是向汽轮发电机组提供干燥、清洁的蒸

10、汽，使机组能以预定的效率输出额定的电功率。合格的蒸汽品质是确保核电站经济、可靠地运行的重要条件。另外，自然循环式蒸汽发生器的尺寸在很大程度上取决于汽水分离组件的结构和工作特性。高效而紧凑的汽水分离对于减小蒸汽发生器的尺寸、重量具有重要意义。蒸汽发生器上部汽水分离段高度约为7.4 m。共有两级汽水分离装置:第一级:旋流叶片式分离器 第二级:波纹板式细分离器,3 蒸汽发生器结构,旋流叶片式分离器共有16个旋流分离器设置于蒸汽发生器上筒体内，对传热管束出口的汽水混合物进行粗分离。旋流分离器结构紧凑，能充分利用上筒体的横截面灵活布置，使蒸汽负荷均匀分配，其汽水分离效率可达90%以上。旋流叶片分离器的缺

11、点是分离阻力较高（汽水分离组件约占蒸汽发生器流体总阻力的40%）。,3 蒸汽发生器结构,分离筒内装有一组固定的螺旋叶片。当来自传热管束顶部的汽水混合物通过分离器导管进入并经过螺旋叶片后，由直线运动变成旋转上升运动。由于离心力的不同使汽水分离，在分离筒中心形成蒸汽柱，在筒壁形成环状水层。汽水两相上升至一定高度，达到充分分离后，大量疏水经由位于外套筒上部的二只方向与汽水旋转流动方向一致的矩形切向疏水口流出。部分疏水折返向下沿分离筒与外套筒间环形通道，经疏水孔流出，二者会合后一起进入再循环。蒸汽则经蒸汽出口管向上通过一根位于上筒体中心轴的管子进入蒸汽干燥器。这种旋流分离器分离出的饱和水中夹带的蒸汽量

12、（称为蒸汽下携带量）仅在1%以下，克服了过多蒸汽夹带入下降通道，使循环水流不稳定，水位波动，流动阻力增加，影响流动循环。,3 蒸汽发生器结构,波纹板式分离器干燥器也称细分离器，它用来把汽水分离器出口的蒸汽所携带的细水滴和雾滴作进一步分离，从而达到蒸汽发生器出口蒸汽湿度小于0.25%的要求。它是一种人字形带钩的波纹板细分离组件，由波纹板片，挡水钩、尾钩、支承架和疏水槽等组成。当蒸汽在波纹板构成的通道内不断改变流向作曲线运动时与板表面接触，受离心力作用蒸汽中夹带的水滴附着于板面并形成液膜。液膜依靠重力向下流动通过疏水结构而离开干燥器。波纹板具有很大的接触表面可以获得良好的细分离效果。为防止蒸汽流量

13、过大击碎附着于板壁的液膜使水滴重新进入汽流（二次润湿），波纹板上的档水钩则迎向水膜，收集板面水膜并捕集蒸汽流中的水滴，汇集后沿凹槽流入疏水装置。这种结构即使入口蒸汽湿度较大，蒸汽流速较高，也能获得很好的分离效果。人字型波纹板高1000 mm，蒸汽负荷达40 kg/s.m2。,波形板分离器的改进型带钩波形板分离器：它是在立式波形板基础上发展而来。一般由波形板片、挡水钩、尾钩、支承架与疏水槽等组成。,带钩波形板分离器的工作原理：蒸汽在弯曲通道中多次改变流向，蒸汽携带的小水滴被分离出来。波形板上的多道挡水钩收集板面水膜并捕集蒸汽流中的水滴，汇集后沿凹槽流入疏水装置，从而避免一般立式波形板分离器因水膜

14、越积越厚而易被蒸汽吹破的缺点。因而带钩波形板比一般的立式波形板有更高的流速以及允许更大高度。,3 蒸汽发生器结构,上封头上封头为标准椭球形状，顶部蒸汽出口接管管嘴内有七个小直径文丘里管，组成流量限制器，用于主蒸汽管道破裂时限制蒸汽流量过大，从而减缓一回路冷却剂的降温速率和蒸汽发生器构件的热变应力。限流器也为蒸汽流量测量提供了方便,3 蒸汽发生器结构,筒体组件蒸汽发生器筒体由上封头、上筒体、锥形连接段及下筒体组成，用厚75100 mm的锰钼镍低合金钢板加工焊接成一个整体。下筒体外径3.5 m，锥形段以上被扩大到4.5 m。筒体组件下端与管板、下封头焊接成一个整体。蒸汽发生器总高约20.8 m。,

15、3 蒸汽发生器结构,位于管板上表面350 mm、490 mm和625 mm处下筒体壳壁上分别开有4个检查孔、2个手孔和2个检查孔，用以检查管板二次侧表面、流量分配档板以及传热管端部的淤泥沉积情况，必要时可用高压水冲刷排除该处沉积的淤泥，以及用来检查相应高度的部件状况。位于上筒体汽水分离器与蒸汽干燥器之间高度位置的壳壁上也开有两个能进入干燥器进行检修的人孔。这些检查孔、手孔和人孔均用盖板螺栓密封。,4 自然循环倍率,自然循环倍率是描述蒸汽发生器自然循环的一个重要参数，它是表征通过管束二次侧的循环流量是否充分的一种粗糙的度量。自然循环倍率被定义为:自然循环倍率=上升通道汽水混合物流量/蒸汽流量 亦

16、即是蒸汽发生器中每产生单位质量蒸汽所需的循环水质量。自然循环倍率也可写成循环水流量与蒸汽流量的比值或循环水流量与给水流量的比值。循环水流量是给水流量与再循环流量之和，因此 自然循环倍率=1+再循环流量/给水流量 或 自然循环倍率=1+再循环流量/蒸汽流量再循环流量与给水流量的比值称为再循环流量率。这里再引入一个含汽量（或称干度）的概念：含汽量=蒸汽流量/上升通道汽水混合物流量 因此实际含汽量与循环倍率互为倒数关系。,4 自然循环倍率,循环倍率实际体现在再循环流量和蒸汽流量两个参数上，是这两个流量之间相互关系的评估尺寸。循环倍率的大小对于传热管腐蚀、流动振荡、传热特性、汽水分离等具有重要影响。循

17、环倍率一般选在4左右，不宜过大也不宜过小循环倍率过大，使再循环流量相对于蒸汽流量的比例过大，当再循环流量超过汽水分离组件分离水份的能力时，水滴会随蒸汽一起进入汽轮机高压缸而因水蚀、水击危及汽轮机叶片。循环倍率过低，与蒸汽流量相比，再循环流量过小，意味着管束出口空泡份额过高，局部区域出现缺液、干涸，不能确保管壁润湿，传热效果变差。,4 自然循环倍率,循环倍率过低，过量的蒸汽还会导致介质流动不稳定，产生剧烈的流动振荡，使传热管束部分壁面周期性露出，传热效率下降。流动振荡大到一定幅度，会引起蒸汽发生器水位和蒸汽流量的大幅度波动。传热管腐蚀与二次侧介质流动状态同样有密切关系，在局部滞流或低流速区段，往

18、往会导致污垢沉积浓缩，因此也希望适当提高循环倍率，以便提高管板上表面及管束弯管段的冲刷流速。适当提高再循环流量，可以增加下降通道的水位，增加自然循环驱动压头。足够大的驱动压头使流体的流速加快，从而有效地把水中的污垢淤泥驱赶到排污管，稳定水质，保证蒸汽发生器良好的热传导。,4 自然循环倍率,再循环水在下降通道与给水混合，这种高温饱和水一方面被冷却，使夹带过来的少量蒸汽液化，避免流道阻力增加另一方面反过来预热了给水。结合上升通道高温介质通过管束套筒向给水传热，使给水在进入上升通道时已接近饱和温度。这样就缩小了给水与传热管壁的温差，使蒸汽发生器的热应力大大降低，且提高了蒸汽发生器的传热效率。,4 自

19、然循环倍率,但是，提高蒸汽发生器的自然循环倍率，是要付出一定代价的。首先，为提高介质流动速度降低流道阻力，需要增加通道面积，就要增大蒸汽发生器壳体的尺寸。这对于大容量蒸汽发生器来说是不希望的。另外，循环倍率的提高意味着汽水分离的负荷增加，因此能否进一步改善汽水分离组件的结构性能，提高分离效率对于蒸汽发生器设计来说是个技术难题。大亚湾电站压水堆蒸汽发生器在额定功率，蒸汽工作压力为67.1 bar（abs）时的循环倍率约为3.73.8。在瞬态工况，循环倍率将随负荷变化而改变。,5 蒸发器主要性能参数,管侧参数:,5 蒸发器主要性能参数,壳侧参数:,5 蒸发器主要性能参数,6蒸汽发生器及其相关系统,

20、每台机组有三个环路，每个环路上各有一台蒸汽发生器,主给水系统 辅助给水系统主蒸汽系统 蒸发器排污系统,7蒸汽发生器水位控制的意义,如果蒸汽发生器中水位太高:则蒸汽中带的水份过多，要对汽轮机叶片造成损坏。,如果蒸汽发生器中水位过低，使给水环管露出水面，将产生水锤效应，对蒸汽发生器造成损坏引起管束传热恶化引起蒸汽发生器管板的热冲击,7给水母管给水来源,7水流向,一回路的水从回路进入SG，经U形管向上，在顶端折返向下，出SG，返回一回路的过渡段,ARE给水经给水管进入SG，经给水环管，进入SG外壳和管束套筒向下，在管板处折返向上，在上升通道产生蒸汽,7影响水位的原因,蒸汽发生器水位受很多因素的影响蒸

21、汽流量给水流量一回路平均温度给水温度,7.1蒸汽流量,蒸汽流量增加-压力下降-SG中汽水混合物膨胀-水位上升,长期来，蒸汽质量流量给水质量流量汽水适配的积分作用-水位下降,7.1蒸汽流量,蒸汽流量减少-压力上升-SG中汽水混合物收缩-水位下降,长期以来，蒸汽质量流量水位上升,7.2给水流量,给水流量增加-蒸汽冷凝-SG中汽水混合物收缩-水位下降,长期以来，给水质量流量蒸汽质量流量，汽水适配的积分作用-水位上升,7.3一回路平均温度和给水温度,平均温度上升-传到二回路热量增加-产生更多汽泡-水位虚假上升,长期作用的结果：将产生更多的蒸汽，汽水质量适配的积分作用-水位下降,给水温度降低-下降通道过冷度增加-上升通道沸腾减弱-含汽量减少-体积收缩-水位下降,7.4水位整定值,程序水位的目的：就是减少SG中水装量，防止蒸汽管道断裂对安全壳压力瞬态,20负荷以下，水位定值随负荷增加而提高（3450）,20负荷以上，水位定值维持在50,谢谢大家,