[科普中国]-核蒸汽发生器

结构原理

在大亚湾核电站、岭澳核电站均采用立式、自然循环、U型管式蒸汽发生器。从反应堆流出的冷却剂经一回路热管段由蒸汽发生器的下封头的进口接近进入水室，然后在倒U型管束内流动，倒U型管的外表面与二回路给水接触，传热给二回路水，并使其汽化，完成一、二回路间的热交换。一回路冷却剂携带的热量传给二回路后，温度降低，再经过过下封头的出口水室和出口接管，流向一回路的过度管道然后进入主泵的吸入口。

二回路的给水由蒸汽发生器的给水接管进入给水环管，通过环管上的一组倒J形管进入下筒体与管束套筒之间的环状空间（即下降通道），与汽水分离器分离出的水混合后向下流动，直至底部管板，然后转向，沿着倒U型管束的管外（即上升通道）向上流动，被传热管内流动的一回路冷却剂加热，一部分水蒸发成蒸汽。汽水混合物离开倒U型管束顶部继续上升，依次进入旋叶式汽水分离器和干燥器，经汽水分离后，蒸汽从蒸汽发生器的顶部出口流向汽轮机做功，分离出来的水则往下与给水混合进行再循环。

需指出的是，蒸汽发生器二回路侧流体流动是依靠自然循环驱动的。管束套筒将二次侧的水分为上升通道和下降通道。下降通道内流动的是低温的水与汽水分离器分离出来的饱和水混合物，属单相水（过冷水），而上升通道流动的是汽水混合物，在相同的压力下，单相水的密度大于汽水混合物的密度，两者密度差导致管束套筒两侧产生压差，驱动下降通道的水不断流向上升通道，建立自然循环。

分类按照工质流动方式：自然循环式、强迫循环式；

按传热管形状：U型管、直管、螺旋管等；

按设备安装方式：立式、卧式。

在压水堆核电厂中广泛使用的蒸汽发生器有两种类型：一种是带汽水分离器的饱和蒸汽发生器；一种是立式直管强迫循环型蒸汽发生器。在近代核电厂中，以前者应用较广。

几种主要的蒸汽发生器：

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功能作用蒸汽发生器作为一回路主设备，主要功能有：

1、将一回路冷却剂的热量通过传热管传递给二回路给水，加热给水至沸腾，经过汽水分离后产生驱动汽轮机的干饱和蒸汽；

2、作为一回路压力边界，承受一回路压力，并与一回路其他压力边界共同构成防止放射性裂变产物溢出的第三道安全屏障；

3、在预期运行事件、设计基准事故工况以及过度工况下保证反应堆装置的可靠运行。实际运行经验表明，蒸汽发生器能否安全、可靠的运行，对整个核动力装置的经济性和安全可靠性有着十分重要的影响。

据压水堆核电厂事故统计显示，蒸汽发生器在核电厂事故中居重要地位。一些蒸汽发生器的可靠性是比较低的，它对核电厂的安全性、可靠性和经济效益有重大影响。因此，各国都把研究与改进蒸汽发生器当做完善压水堆核电厂技术的重要环节，并制定了庞大的科研计划，主要包括蒸汽发生器热工水力分析；腐蚀理论与传热管材料的研制；无损探伤技术；振动、磨损、疲劳研究；改进结构设计，减少腐蚀化学物的浓缩；改进水质控制等。

安全事故1993年1月，美国特洛伊(Trojan)成为第一个因蒸汽发生器事故而永久性停堆的机组。1993年1月25日，载恩(Zion)核电站2台机组又因蒸汽发生器的事故而提前停堆。

1989年法国的1300MW核电站，因蒸汽发生器管板上存在着金属微粒，运行中被氧化而引起传热管产生凹痕。

美国爱迪生公司印第安角2核电站是于2000年2月15日因蒸汽发生器管道破裂而停堆的。为了保证蒸汽发生器的可靠性，大亚湾核电站蒸汽发生器在每次换料停堆期间都要进行机械清洗（采用法国SRA公司的机械清洗装置）；

秦山核电站也于1998年7月第4次换料停堆后首次机械清洗了蒸汽发生器。机械清洗技术目前以美国的CECIL装置为最先进，能实现冲洗、检查与外来物取出一体化。2