核蒸汽發生器

蒸汽發生器是產生汽輪機所需蒸汽的換熱設備，在核反應堆中，核裂變產生的熱量由冷卻劑帶出，通過蒸汽發生器將熱量傳遞給二迴路工質，使其產生具有一定溫度、一定壓力和一定乾度的蒸汽。此蒸汽再進入汽輪機中做功，轉換為電能或機械能。在這個能量轉換過程中，蒸汽發生器既是一迴路的設備，又是二迴路的設備，所以被稱為一、二迴路的樞紐。

基本介紹

• 中文名：核蒸汽發生器
• 外文名：nuclear steam generator
• 類別：換熱設備
• 常用類型：立式自然循環U型管式蒸汽發生器
• 作用：產生蒸汽
• 安全意義：隔離一、二迴路

結構原理

在大亞灣核電站、嶺澳核電站均採用立式、自然循環、U型管式蒸汽發生器。從反應堆流出的冷卻劑經一迴路熱管段由蒸汽發生器的下封頭的進口接近進入水室，然後在倒U型管束內流動，倒U型管的外表面與二迴路給水接觸，傳熱給二迴路水，並使其汽化，完成一、二迴路間的熱交換。一迴路冷卻劑攜帶的熱量傳給二迴路後，溫度降低，再經過過下封頭的出口水室和出口接管，流向一迴路的過度管道然後進入主泵的吸入口。

二迴路的給水由蒸汽發生器的給水接管進入給水環管，通過環管上的一組倒J形管進入下筒體與管束套筒之間的環狀空間（即下降通道），與汽水分離器分離出的水混合後向下流動，直至底部管板，然後轉向，沿著倒U型管束的管外（即上升通道）向上流動，被傳熱管內流動的一迴路冷卻劑加熱，一部分水蒸發成蒸汽。汽水混合物離開倒U型管束頂部繼續上升，依次進入旋葉式汽水分離器和乾燥器，經汽水分離後，蒸汽從蒸汽發生器的頂部出口流向汽輪機做功，分離出來的水則往下與給水混合進行再循環。

需指出的是，蒸汽發生器二迴路側流體流動是依靠自然循環驅動的。管束套筒將二次側的水分為上升通道和下降通道。下降通道內流動的是低溫的水與汽水分離器分離出來的飽和水混合物，屬單相水（過冷水），而上升通道流動的是汽水混合物，在相同的壓力下，單相水的密度大於汽水混合物的密度，兩者密度差導致管束套筒兩側產生壓差，驅動下降通道的水不斷流向上升通道，建立自然循環。

分類

按照工質流動方式：自然循環式、強迫循環式；

按傳熱管形狀：U型管、直管、螺旋管等；

按設備安裝方式：立式、臥式。

在壓水堆核電廠中廣泛使用的蒸汽發生器有兩種類型：一種是帶汽水分離器的飽和蒸汽發生器；一種是立式直管強迫循環型蒸汽發生器。在近代核電廠中，以前者套用較廣。

幾種主要的蒸汽發生器：

功能作用

蒸汽發生器作為一迴路主設備，主要功能有：

1、將一迴路冷卻劑的熱量通過傳熱管傳遞給二迴路給水，加熱給水至沸騰，經過汽水分離後產生驅動汽輪機的乾飽和蒸汽；

2、作為一迴路壓力邊界，承受一迴路壓力，並與一迴路其他壓力邊界共同構成防止放射性裂變產物溢出的第三道安全螢幕障；

3、在預期運行事件、設計基準事故工況以及過度工況下保證反應堆裝置的可靠運行。實際運行經驗表明，蒸汽發生器能否安全、可靠的運行，對整個核動力裝置的經濟性和安全可靠性有著十分重要的影響。

據壓水堆核電廠事故統計顯示，蒸汽發生器在核電廠事故中居重要地位。一些蒸汽發生器的可靠性是比較低的，它對核電廠的安全性、可靠性和經濟效益有重大影響。因此，各國都把研究與改進蒸汽發生器當做完善壓水堆核電廠技術的重要環節，並制定了龐大的科研計畫，主要包括蒸汽發生器熱工水力分析；腐蝕理論與傳熱管材料的研製；無損探傷技術；振動、磨損、疲勞研究；改進結構設計，減少腐蝕化學物的濃縮；改進水質控制等。

安全事故

1993年1月，美國特洛伊(Trojan)成為第一個因蒸汽發生器事故而永久性停堆的機組。1993年1月25日，載恩(Zion)核電站2台機組又因蒸汽發生器的事故而提前停堆。

1989年法國的1300MW核電站，因蒸汽發生器管板上存在著金屬微粒，運行中被氧化而引起傳熱管產生凹痕。

美國愛迪生公司印第安角2核電站是於2000年2月15日因蒸汽發生器管道破裂而停堆的。為了保證蒸汽發生器的可靠性，大亞灣核電站蒸汽發生器在每次換料停堆期間都要進行機械清洗（採用法國SRA公司的機械清洗裝置）；

秦山核電站也於1998年7月第4次換料停堆後首次機械清洗了蒸汽發生器。機械清洗技術以美國的CECIL裝置為最先進，能實現沖洗、檢查與外來物取出一體化。