蒸汽发生器概述

  循环回路由下降通道、上升通道和连接它们的管束套筒缺口及汽水分离器组成。下降通道是管束套筒与蒸汽发生器筒体之间的环形通道。上升通道由套筒内侧传热管束之间的流道组成。

  在循环回路中，下降通道流动的是单相水，而上升通道内流动的是汽水混合物。在同一系统压力下，单相水的密度大于汽水混合物的密度，两者之差在回路中形成驱动压力，在此压力驱动下，水沿下降通道向下流动，汽水混合物则沿上升通道向上流动，这样建立起自然循环[8]。

  蒸汽发生器由下封头、管板、U形管束、汽水分离器及筒体组件等组成。来自反应堆的高温冷却剂经进口接管进入入口水室，然后进入U形管束，流经传热管时，将热量传给二次侧给水，然后经出口水室离开蒸汽发生器。二次侧给水由给水泵输送至给水接管，通过给水环分配到管束套筒与蒸汽发生器外筒体之间的环形下降通道内，在这里与由汽水分离器分离出来的再循环水混合后，向下流动，在底部经管束套筒缺口折流而上，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。汽水混合物离开传热管束后先进入第一级汽水分离器，由此分离出大部分水分，再进入由人字形板组成的第二级汽水分离器。分离出的水向下经疏水管，与其他再循环水混合。经二次分离的蒸汽通过出口管送往汽轮机[8]。

  蒸汽流量Qv是根据蒸汽发生器上封头和位于限流器下游蒸汽供热管道两测点之间的压差ΔP测定的，其中上封头的测点从窄量程水位表接管处引出。考虑到蒸汽密度的变化，要用蒸汽压力测量值进行修正(假定ρ为压力P的线性函数)。

  每台蒸汽发生器有两台蒸汽流量变送器，对于001GV，它们是VVP001MD和004MD，信号都输入到有关的保护逻辑。利用控制室的开关405CC，可选取其中之一用于蒸汽发生器水位控制(产生汽水失配信号)。

  由ARE00lMP测量，该压差计两侧分别连接到给水母管和蒸汽联箱上[8]。

  蒸汽发生器水位整定值随负荷而变。图中标示的水位为窄量程水位，以窄量程下部水表接管为0%水位，上接管标高为100%水位，当零负荷时，水位整定值为34%，随负荷增加，二次侧水的密度减小，体积膨胀，水位整定值线%，为避免水位太高淹没蒸汽发生器，负荷大于20%FP时，水位整定值不再增加[8]。

  结构方面的参数如下1堵管率102总传热面积5429m23传热管数目44744传热管内径1687mm5传热管外径1905mm6传热管壁厚度109mm7传热管平均长度2028m8传热管排列方式正方形排列9支撑板数910下降通道高度120169m11上升通道高度120169m12汽室流通截面积124629m213汽室高度58472m14下部直径3446m15上部直径4484m16总高度20848m图21蒸汽发生器结构图24蒸汽发生器的工质流程蒸汽发生器由下封头管板u形管束汽水分离器及筒体组件等组成

  蒸汽发生器由蒸发段（下筒体）和汽水分离段（上筒体）两大部分所组成。图2-1为蒸汽发生器结构图。

  共有4474根倒U形传热管以正方形排列成传热管束。传热管是由因科镍690制造。

  管束套筒包围传热管束，把二次侧水分隔成下降通道和上升通道。管束套筒下端与管板上表面之间留有空隙，供下降通道的水通过，进入管束区。

  如果水位过低：(1)若水位低于给水环，使给水环暴露在汽空间，可能在给水管道中产生水锤；（2）使U形管顶端暴露，可能会引起管束局部过热，引起传热管热冲击；（3）引起一回路冷却剂平均温度上升，导致堆芯冷却不足，堆芯余热导出功能也将恶化[2]。

  每台蒸汽发生器都装有一个宽量程和四个窄量程水位变送器。对于001GV宽量程的为ARE061MN，窄量程的为ARE010MN，ARE052MN，ARE055MN和ARE058MN。宽量程水位提供指示，窄量程水位提供指示、控制、和保护。

  蒸汽发生器的基本功能是作为热交换设备将一回路冷却剂中的热量传给二回路给水，使其产生饱和蒸汽供给二回路动力装置。

  同时，作为连接一回路与二回路的设备，蒸汽发生器在一、二回路之间构成防止放射性外泄的第二道防护屏障。由于水受辐照后活化以及少量燃料包壳可能破损泄漏，流经堆芯的一回路冷却剂具有放射性，而压水堆核电站二回路设备不应受到放射性污染，因此蒸汽发生器的管板和倒置的U形管是反应堆冷却剂压力边界的组成部分，属于第二道放射性防护屏障之一[8]。

  如果水位过高：(1)就非常有可能淹没二级汽水分离器（人字干燥器），使蒸汽干度降低（湿度增加），从而对汽轮机叶片产生冲蚀，影响汽轮机的安全运行；(2)如果水的质量装量增加，在蒸汽供热管道破裂事故下，对堆芯产生过大的冷却而导致反应性事故发生；若破裂发生在安全壳内，大量蒸汽将导致安全壳内温度、压力迅速上升，危害安全壳的密封性。

  蒸汽发生器一方面把一回路载热剂从反应堆堆芯带走的热量经蒸汽发生器管壁传给二回路水，使之产生蒸汽，带动汽轮机做功；另一方面防止二回路水被污染的第二道生物屏障的作用。蒸汽发生器水位控制的功能是将蒸汽发生器二回路侧的水位维持在设定值上。蒸汽发生器水位控制管理系统或蒸汽发生器给水调节系统是由给水流量、蒸汽流量、蒸汽发生器水位三参量控制管理系统组成的。要使给水流量与蒸汽流量尽可能地匹配，以维持蒸汽发生器水位恒定。

  为防止发生“汽锤”现象，给水环管顶部焊接了一些倒J形管。J形管的数目沿筒体周边不均匀分布，使80%给水流向传热管束的热侧，20%给水流向冷侧，以防止两侧之间的热虹吸现象。

  在每条蒸汽发生器蒸汽管线上，都设有三个压力变送器，它们位于安全壳隔离阀与卸压阀之间。对于001GV，它们是VVP007MP、010MP、013MP,其中010MP、013MP用于修正蒸汽流量测量，007MP用于控制GCT-a排放阀。同时三个通道都被用作专设安全设施启动逻辑的输入。

  根据蒸汽发生器的压力随负荷的增加而降低的特性，零负荷时，蒸汽发生器的蒸汽压力最高，汽水混合物密度最大，确定较低的水位值时为了保持蒸汽发生器中水的装量较小，以防止在主蒸汽供热管道破裂时，向安全壳释放更多的能量，造成安全壳损坏。

  在零负荷到到20％负荷之间，水位定值随负荷的增加而升高，水位设定值线性增长。是为了在随压力降低水的密度减小的过程中保持蒸汽发生器水的装量，以保证在电厂负荷减小时，不致使水位将到低低水位停堆保护定值的高度。

  在沿管束直管段上共有9块支撑隔板。它的作用是固定管束，以防止受流体流动影响产生振动。

  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区后经上升段首先进入旋叶式分离器，由于离心力作用，除掉大部分水分，然后进入第二级分离器进一步除湿。疏水流出汽水分离器往下与从给水环管出来的给水混合，流入下降通道作再循环。分离后的蒸汽则进入主蒸汽管道。

  通往每台蒸汽发生器的主给水管路都装有一个文丘利管，根据文丘利管喷嘴和上游流体之间的压差，可测定流量。每个文丘利管配有三台流量变送器，对于001GV，它们为ARE043MD、046MD、049MD，其中043MD、046MD用于保护逻辑（低水位汽水失配紧急停堆)，并可利用控制室的开关438CC选取其中之一用于水位控制（产生汽水失配信号)，049MD用于低低水位保护（产生ATWT信号）。

  2.在热态零功率到满功率范围内，负荷以5%FP/min线性变化时，能自动跟踪负荷的变化，维持液位在预定范围之内；

  3.能承受±10％给水流量、蒸汽流量阶跃变化或者冷却剂平均温度±3℃的阶跃变化。液位最大超调量在300mm以内，衰减率应大于0.7。

  4.在满功率运行时，系统能承受-50%FP负荷的阶跃变化(在蒸汽旁通控制管理系统协助下），保证系统稳定运行[2]。

  蒸汽发生器可按工质流动方式、传热管形式、安放形式及结构特点分类。按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；按传热管形式，可分为U形管、直流、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。尽管在核电厂采用的蒸汽发生器的形式繁多，但是在压水堆核电厂中有3种使用比较广泛。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广泛。本文将以大亚湾立式U型管自然循环蒸汽发生器为模型（以下所提蒸汽发生器均指立式U型管蒸汽发生器）进行研究分析，表2-1是大亚湾蒸汽发生器的基本参数。

  在20％负荷以上，程序水位保持50％不变。因为随着负荷的增加，压力降低，蒸汽发生器内汽泡数目和尺寸增加，导致水的体积增加。若不限制水的装量，水位升高到淹没二级汽水分离器，使出口蒸汽干度达不到要求。此时，保持水位恒定，目的是为了能够更好的保证出口蒸汽的干度[2]。

  1.稳态功率运行工况下能维持蒸汽发生器液位在程序设定值上，稳态偏差要小；