核电厂系统及设备课件

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• 在压水堆核电厂使用较广泛的有三种：立 式U形管自然循环蒸汽发生器、卧式自然循 环蒸汽发生器和立式直流蒸汽发生器。
• 其中立式U形管自然循环蒸汽发生器应用最 为广泛。表3.3给出了几种主要蒸汽发生器 的特征。
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几种主要的蒸汽发生器
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表3.5 59/19型蒸汽发生器的 主要设计参数
现代压水堆核电厂普遍采 用（如图3.41）所示的电 加热式稳压器。这种稳压 器是一个立式圆柱形高压 容器。其典型的几何参数 为高13m，直径2.5m，上 下端为半球型封头，总容 积约40m3。净重约80t。 立式安装在下部裙座上。
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图13 稳压器结构简图
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• 在稳压器的底封头上安装有电加热器。加 热器通过底封头插入，立式放置。
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• 图3.35为美国B&W 公司 设计的直流蒸汽发生器 原理图。它是一种直管 型的管壳式蒸汽发生器。 一次侧冷却剂由上封头 入口进入，流经传热管 后由下封头出口流出。 二次侧给水通过环形给 水管进入传热管束，相 继被预热、沸腾，最后 成为过热蒸汽。
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➢优点：①出口得到的通常是过热蒸汽，有
较高的热效率。 ②它的传热管是直管式， 且不带汽水分离器、蒸汽干燥装置等，因 此便于制造和组装。
蒸汽发生器可按工质流动方式、传热管形状、 安放形式以及结构特点分类： • 按照二回路工质在蒸汽发生器中流动方式，
可分为自然循环蒸汽发生器和直流(强迫循 环)蒸汽发生器；
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• 按传热管形状可分为U形管、直管、螺旋管 蒸汽发生器；
• 按设备的安放方式可分为立式和卧式蒸汽 发生器；
• 按结构特点还有带预热器和不带预热器的 蒸汽发生器。
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2 蒸汽发生器典型结构 和工质流程
2.1 立式自然循环U形管蒸汽发生器
2.1.1 工质流程
• 反应堆冷却剂经进口接管进入入口水室，然后进入 U形管束，流经传热管内时，将热量传给二次侧，
冷却剂经出口水室离开蒸汽发生器。
• 二次侧给水通过给水环分配到环形下降通道内，与
由汽水分离器分离出来的再循环水混合后，在底部
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c 下封头
• 下封头是蒸汽发生器中承受压差最大的部 件，通常呈半球形。由于表面开有四个大 孔，应力状态十分复杂，通常采用冲压成 型制造，技术难度大；有的采用低合金钢 铸造(大亚湾)，工艺较简单，但须严格控 制铸件质量。
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D 支撑隔板及防振拉条
• 管束是呈正方形排列的倒U形管。管束直段 分布有若干块支撑板，用以保持管子之间 的间距。
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2.1.2 结构
立式自然循环 U形管蒸汽发 生器结构大致 分成两部分， 加热段和汽水 分离段。
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1）加热段结构
a U形管束 b 管板 c 下封头 d 支撑隔板及防振拉条 e 管束套筒 f 二次侧流量分配板
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a U形管束
• 传热管对保障核电厂安全运行极为重要。 为寻找高性能耐腐蚀的传热管材，作了大 量工作。60年代后，美国采用Inconel— 600合金，近几年改用Inconel—690合金。 该材料的抗腐蚀能力有显著改善。
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➢严重缺点：① 二回路水容量小，一旦给水
中断，二回路容易烧干，不能把一回路热量 传出去，而引起事故，因此对给水自动控制 的要求很高。 ② 它不能象自然循环式蒸汽 发生器那样排污，给水带入的盐分将大部分 沉积在传热管上。
➢ 因此，直流式蒸汽发生器对给水品质及传
热管材的抗腐蚀性能要求高。 54
3. 稳压器
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b 管板
• 管板是一二次侧压力边界的一部分，它用低 合金高强度钢锻造而成。蒸汽发生器的管板
厚度达500~700mm，属超厚锻件，要求材料
具有优良的塑韧性及淬透性。大型管板的管
孔达近万个，而且对孔径公差、节距公差、
管孔光洁度都要求很高。深钻孔成为蒸汽发
生器制造的关键工艺,也是决定管板制造加
工周期的重要因素。
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• 因此，各核电国家都把改进和研究蒸汽发 生器技术作为完善压水堆核电厂技术的重 要环节，制定了庞大的改进研究计划，其 中包括蒸汽发生器热工水力、腐蚀与传热 管材料的研制、蒸汽发生器结构设计的改 进、无损探伤技术、传热管振动、磨损疲 劳研究和二回路水质控制等。这些课题涉 及多种学科。
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蒸汽发生器的分类：
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b 第二级汽水分离器一般采用图3.32所示的 带钩波纹板分离器。汽水混合物在波纹板 间流动过程中多次改变流动方向，从而使 夹带的小水滴被分离出来。波纹板上的多 道挡水钩收集板面水膜并捕集蒸汽流中的 水滴，分离出的水汇集后沿凹槽流入疏水 装置。
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2.1.3 汽水分离器的主要性能指标
19 下人孔
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图18 蒸汽发生器结构图
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• 压水堆核电厂运行经验表明，蒸汽发生器 传热管断裂事故在核电厂事故中居首要地 位。
• 据报道，国外压水堆核电厂的非计划停堆 事故中约有四分之一是因蒸汽发生器问题 造成的。
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• 蒸汽发生器传热管面积占一回路承压边界 面积的80％左右，传热管壁一般为1~1.2mm。 因而传热管是整个一回路压力边界中最薄 弱的部分。
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图3.30 支撑板四叶梅花形孔
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e 管束套筒
• 管束套筒包围传热管束，降二次侧水分成 下降通道与上升通道。其下端由支撑块支 撑，留有间隙，使下降通道的水通过，进 入管束区。
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F 流量分配板
• 在管束下部略高于管板处，有一块流量分 配板。板上钻的管孔比传热管的直径大， 在中心处钻一大孔用于分配流量。流量分 配板与U形管束中间设置的挡块相结合，保 证在平面上给水分布大致均匀并以足够大 的流速冲刷管板表面。
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• 壳体沿高度方向分成两部分：上部为汽水分 离器，下部为淹没在水面以下的U形管加热 区。U形管束固定在两个立式圆柱形联箱上。
• 传热管束采用奥氏体不锈钢，管子内表面进 行电化学抛光，外表面进行研磨，以提高管 材的抗腐蚀能力。
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• 给水通过管束上方的给水总管进入蒸汽发生 器。装在联箱上的给水分配短管垂直插入到 U形管束中间，给水通过这些多孔配水管进 入换热器区域。
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2）汽水分离段
• 汽水分离器 • 蒸汽发生器的上部设有两级汽水分离器。汽
水混合物离开传热管束后经上升段首先进入 旋叶式分离器，除掉大部分水分，然后进入 第二级分离器进一步除湿。第二级分离器一 般是人字型板式干燥器。
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A 旋叶式分离器
• 在分离筒内装有一组固定的螺旋叶片，当汽 水混合物流过时，由直线运动变为螺旋线运 动，由于离心力作用使汽水分离，在中心形 成汽柱而在筒壁形成环状水层。水沿壁面螺 旋上升至阻挡器，然后折返流经分离筒与外 套筒构成的疏水通道而进入水空间。
• U形管的顶部弯曲段有防振杆防止管子振动。
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• 早期的支撑板采用圆形管孔和流水孔结构， 导致在缝隙区出现局部缺液传热状态，因此 产生化学物质浓缩。
• 新的设计普遍采用四叶梅花孔（图3.30）。 这种开孔将支撑孔和流通孔道结合在一起， 增加了管-孔之间的流速，减少了腐蚀产物 和化学物质的沉积，使得该区的腐蚀状况大 为改善。
经管束套筒缺口折流向上，进入传热管束区，沿管
间流道向上吸收一次侧的热量，被加热至沸腾，产
生蒸汽。
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• 汽水混合物离开传热管束后经上升段进入 第一级汽水分离器，由此分离出大部分水 分，再进入由人字型板组成的第二级汽水 分离器。分离出的水向下经疏水管，与其 它再循环水混合。经二次分离的蒸汽湿度 降至0.25%以下，经出口管送往汽轮机。
• 在直流式蒸汽发生器中，二次侧工质的流动 靠强迫循环。在热侧流体的加热下，给水经 预热、蒸发、过热而达到所要求的温度。
• 直流蒸汽发生器有管外直流和管内直流两类。 管内直流指二次侧工质在传热管内流动，这 种型式多用于核动力舰船。在压水堆核电厂 中均采用管外直流蒸汽发生器，即二次侧工 质在传热管之间流动。
a、出口的蒸汽湿度
• 欧美各国规定，自然循环蒸汽发生器的蒸汽湿度为 0.25%。这就要求分离器具有高的分离效率。
b、分离器的阻力
• 在蒸汽发生器二次侧自然循环的总压降中，分离器 的阻力占有重要份额。目前倾向于提高循环倍率， 要解决的重要课题之一是降低分离器的阻力。但是 这通常与提高分离效率是相矛盾的。
蒸汽出口管嘴 1 蒸汽限流器 2
上封头 3
三级分离器 4 上人孔 5
一二级汽水分离器 6 上筒体 7
给水管环 8
管束弯头防震条 9 锥形筒体 10
U形管 11 下筒体 12 支撑板 13 下降管套筒 14
20 给水管嘴
流量分配板 15
下筒体加厚段管板 16 一次侧筒体隔板 17 下封头 18 一次侧进出水管嘴
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3.3 超压保护装置
• 稳压器汽空间有两种卸压管线： 1) 一种是3条安全阀卸压管线，每条管线上
有一只弹簧压力式安全阀，当稳压器压力 达到各安全阀开启定值时，进行事故排放；
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2) 另一种卸压管线上装有动力操作的卸压阀
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• 另一个优点是：具有较大的蒸汽空间，单位 蒸发面的负荷较立式蒸汽发生器的小，因而， 采用较简单的汽水分离装置（百叶窗式）就 能保证蒸汽质量满足标准。
• 卧式蒸汽发生器的缺点是：出口蒸汽的湿 度对水位波动比较敏感，因而对水位控制要 求较高。另一个缺点是卧式安放，不便于在 安全壳内布置。
50Βιβλιοθήκη 2.3 直流式蒸汽发生器核电厂系统及设备 第四讲
（2011—2012学年第2学期）
主讲：田丽霞
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1. 概述
• 蒸汽发生器是压水堆核电厂一、二回路的枢 纽，它将反应堆产生的热量传递给蒸汽发生 器二次侧，产生蒸汽推动汽轮机作功。