反应堆结构课件4第四章 一回路设备

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筒体组件
蒸汽发生器筒体组件包括上封头、上筒体、下筒体、锥形 过渡段等。上封头呈椭球形，蒸汽出口管嘴中有若干文 丘里管组成的限流器，用来限制主蒸汽管道破裂时的蒸 汽流量，防止事故时对一次侧的过度冷却，以避免反应 堆在紧急停堆后重返临界。
上筒体设有给水管嘴并与给水环相连。上筒体还设有两个 人孔,必要时可以进人更换干燥器。下筒体在靠近管板 处设有若干检查孔，以便检查该区域内的传热管表面和 管板二次侧表面。必要时可用高压水冲洗管板上表面的 淤渣。（超声波气泡冲洗技术）
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蒸汽发生器分类
蒸汽发生器可按工质流动方式、传热管形状、安放形式及结构 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； 按传热管形状可分为U型管、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。 压水堆核电厂使用较广泛的有三种。它们是:立式U型管自然循 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，其中尤以立式U型管自然循环蒸汽发生器应用最为 10 广泛。
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大亚湾核电厂一回路系统主要参数
参看68页 表4－1
1 系统额定热功率，堆芯额定热输出功率，发电 功率的区别 2 工作压力？进出口温度？过冷度？设计温度？ 3 压力损失情况：堆芯，蒸汽发生器。
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安全辅助系统
第一类 牵涉到核安全的安全系统
第二类 保证反应堆和压力回路正常启动、运行和 停堆的核辅助系统
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卧式U形管蒸汽发生器
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主循环泵
反应堆冷却剂泵又叫做主泵，它的作用是为反应堆冷却剂提供驱动压头， 保证足够的强迫循环流量通过堆芯，把反应堆产生的热量送至蒸汽 发生器,产生推动汽轮机做功的蒸汽
反应堆冷却剂泵是压水堆核电厂的最关键设备之一，对它的基本要求是：
第四章 压水堆一回路系统及
重要设备
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主要内容
一回路系统简介 蒸汽发生器
主循环泵
稳压器
反应堆冷却剂管道和保温层
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一回路主系统系统组成
2－4个环路
堆芯－压力容器 热腿 稳压器 蒸汽发生器
冷腿
主泵
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三环路压水堆一回路主系统布置
闭合环路以反应堆为中心 呈辐射状布置 只有一台稳压器 堆芯低于出口管嘴，利于 堆芯淹没和自然循环
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②
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、 形位公差及管孔光洁度都要求很高。因而，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。 管板下方及与冷却剂接触的表面，应堆焊镍基合金。管板二次侧表面附近， 是发生传热管腐蚀最严重的区域之一，表面的质淤积比较严重所以,现 代蒸汽发生器一般采用管板全长度涨管工艺加端部密封焊接，由此来保 证管子与管板之间的密封性，消除管子与管板的间隙。管板上表面水平 地装设有两根多孔的管道供连续排污用。 在役检查和停堆换料时的检查：放射性跟踪法，涡流探伤监测 15
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一回路系统主要功能
在核电厂正常功率运行时将堆内产生的热量载出，并通过蒸 汽发生器传给二回路工质，产生蒸汽，驱动汽轮发电机 组发电. 在停堆后的第一阶段，经蒸汽发生器带走堆内的衰变热。 系统的压力边界构成防止裂变产物释放到环境中的一道屏障 反应堆冷却剂作为可溶化学毒物硼的载体，并起慢化剂和反 射层作用。 系统的稳压器用来控制一回路的压力，防止堆内发生偏离泡 核沸腾，同时对一回路系统实行超压保护。
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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。运行经验也表明，传热管是蒸汽发生器内的 事故多发区域。蒸汽发生器传热管的可靠性主要取决于传热管 的完好性。只要有一根蒸汽发生器传热管断裂就可能造成放射 性物质的泄漏及核电厂长期停闭。有些专家予言，现在核电厂 的一些在役蒸汽发生器将达不到40年寿命的要求。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，并制定了庞大的改进研究计划，其中包括蒸 汽发生器热工水力分析、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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旋叶式汽水分离装置
旋叶式分离器的结构如图所示。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。 当出口管内径与Fra Baidu bibliotek水两相充分分层时的蒸汽柱大致相同时，能取得良好 的分离效果。
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管材腐蚀：传热管腐蚀与流动状态有密切关系。在局部滞流或低流速 区，往往导致污垢沉积或浓缩。从防止腐蚀的要求出发，应适当提 高循环倍率，以便在管板上表面及管束弯管区提高冲刷流速，降低 含汽量将改善这些区域的热工水力特性。
自然循环蒸汽发生器优缺点： 优点：蓄水容积大，具有缓冲作用，对给水及蒸汽的控制要 求不高，可以通过排污量调节炉水水质，传热管材料工作较 可靠。 缺点：需要汽水分离装置，使蒸汽发生器结构复杂，只能产 生饱和蒸汽，循环热效率较低，而且对去湿装置的要求较高。
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关于循环倍率的讨论
蒸汽发生器的循环倍率是表征其二次侧流动状态的重要参数，它对于传热 管的腐蚀、流动稳定性、传热特性及分离器工作特性等都有重要影响。 一般认为，在设计状态时循环倍率应大于4~4.5，其主要考虑的因素如下: 传热要求：循环倍率低，意味着管束出口区含汽量大，空泡份额高，因而 传热差。为了保证管壁润湿，特别是防止局部区域出现缺液或干涸，一 般要求管束出口处的蒸汽含量不超过20%~25%，相当于循环倍率大于4 流动稳定性：循环倍率低可能导致流动不稳定，使流动产生振荡，从而使 传热管束的部分表面周期性地露出,这种流动振荡现象使传热能力下降， 当流动振荡的幅度足够大时，就可能引起水和蒸汽流量的大幅度波动。 经验证明，只要使管束区的蒸汽含量保持在较低的值或由此相应地把循 环倍率保持在较高的水平，就能使流动达到稳定。
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直流式蒸汽发生器
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。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。这种直管型蒸汽发生器必须 解决的一个问题是管束与筒体热膨 胀差的补偿。
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直流式蒸汽发生器
直流式蒸汽发生器优缺点 优点：不需要汽水分离器，体积较小；可以获得温度较高 的微过热蒸汽得以提高电站热效率；变功率运行时用 改变水位的方式可使蒸汽压力基本保持不变。 缺点：过热段蒸汽侧的传热系数小，要求较多的换热面积， 使贵重金属的管材的需要量增多，对二回路水质要求 十分严格，制造工艺上的技术问题有待解决。
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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（接管和人 孔），应力状态十分复杂，通常采用冲压成型 制造，技术难度大；也有的采用低合金钢铸造， 工艺较简单，但须严格控制铸件质量。
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④管束组件
管束是呈正方形排列的倒U型管。管束直段分布有若干块支撑板， 用以 保持管子之间的间距。在U型管的顶部弯曲段有防振杆防止管子振动。 支撑板结构的设计上，应考虑二次侧流体的通过能力，流体的流动阻 力，限制流动引起的振动及管--孔间隙中的化学物质的浓缩。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。在电厂冷态工况下，管子和支撑板之 间的间隙因二者的膨涨差而扩大，腐蚀产物沉积在间隙内。当高温时, 膨胀差使间隙减小，这时管子被压凹，造成传热管凹陷及支撑板破裂。 新的设计普遍采用四叶梅花孔(见图)。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。传热管四周用套筒包围，从 而将二次侧分隔为下降通道及上升通道，形成二次侧自然循环回路。 17
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波纹板汽水分离装置
第二级汽水分离器一般采用图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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预热器装置
以上介绍的立式U型管自然循环蒸汽发生器没有设 置预热器。为了充分利用一次侧出口区的传热 面，许多厂家设计了带预热器的蒸汽发生器。 即在 U型管束一回路侧出口布置了一体化预热 器。在预热器中装有横隔板，使工质横向冲刷 管束。部分给水由下部筒体进入预热器，在预 热区被加热至接近饱和温度。
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汽水分离装置
汽水分离器是自然循环蒸汽发生器的重要部件。这不仅由 于合格的蒸汽品质是汽轮机安全经济运行的重要条件之 一，还由于自然循环蒸汽发生器的尺寸在很大程度上取 决于汽水分离装置的结构和工作特性。
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。
蒸汽发生器分类
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立式自然循环蒸汽发生器
蒸汽发生器由下封头、 管板、U型管束、汽 水分离装置及筒体组 件等组成
一、二回路冷却剂流程 循环倍率的定义
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主要设计参数
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①
U型管束
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。然而，大量研究实践表明， 任何材料都只有在一定的条件下才具备优良的抗腐蚀性 能。传热管的损坏还与蒸汽发生器的热工水力特性和水 质条件密切相关。因此，只有从蒸汽发生器的结构设计、 管材、水质控制等方面综合研究改进,才能收到预期效 果。此外，对于同种管材，采取适当的热处理及表面处 理工艺对提高其抗腐蚀性能有重要意义。
第三类 回收和处理放射性废物以保护和监测环境 的系统
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蒸汽发生器
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。蒸汽发生器又是分隔一、 二次侧介质的屏障，它对于核电厂的安全运行十分重要。 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次数中约有四分之一是 因有关蒸汽发生器问题造成的。 1992年，在205座核电厂中报告蒸汽发生器有问题的达172座。同年，美国压水 堆核电厂的负荷因子由于蒸汽发生器问题(包括传热管破损和更换蒸汽发生 器)而降低3.31%。从1979-1994年，已有55台蒸汽发生器因传热管严重损坏 而被更换，其实际使用寿命平均仅为约14年(寿命最短者仅8年)，远未达到 30~40年的设计寿命。美国1992年更换磨石-2堆的两台蒸汽发生器,停堆192 天，耗资1.9亿美元。可见,蒸汽发生器的可靠性是比较低的，它严重地影 响核电厂运行的安全性、经济性及可靠性。
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⑥ 二次侧流量分配装置
给水环的位置稍低于第一级汽水分离器，运行时它淹没在 水面以下。给水经焊接在环管上的倒J型管分配到下降通道。 给水环上倒J型管沿周边是不均匀分布的。大亚湾核电厂的 蒸汽发生器给水环，80%的给水流向热侧，20%的给水流向 冷侧。这种布置使蒸发器两侧的蒸发量大致相等，从而避 免两侧之间发生热虹吸现象。 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型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。