摘要：通过对比分析CAP1400蒸汽发生器和国际上其他核电站蒸汽发生器，从结构、运行参数等方面分析了各系统之间的差异。指出了CAP1400蒸汽发生器的优缺点，它占地面积小，但水位控制较差。每台蒸汽发生器连接两个屏蔽泵。在运行参数上显示出换热面积更大，从而产生小的热应力。在工作性能上显示出U形管换热性能好，抗振动性好的特点，能够满足高功率核电站设备要求。
关键词：核电站；蒸汽发生器；CAP1400蒸汽发生器
引言：
自1954年6月27日前苏联建设的第一台核电站——奥布灵斯克核电站起，国际上的核电站已经发展了几十年。核电的技术也不断在变化发展着。作为大多数核电站堆芯的一、二回路的枢纽，蒸汽发生器也发展为各种形式。它主要的作用是将一回路冷却剂中的热量传递给二回路给水，使之产生蒸汽来驱动汽轮发电机组发电。本文介绍各种堆芯与三代堆的主蒸汽发生器进行对比分析，指出CAP1400蒸汽发生器设计的发展和自有的特点，同时为下一代蒸汽发生器的设计提供参考。
1 各电厂的蒸汽发生器
1.1 切尔诺贝利石墨堆
对于第一次重大核事故的切尔诺贝利核电站，它是石墨堆，在石墨堆型中，堆芯的水直接进入汽轮机，所以没有真正意义上的蒸汽发生器。它的传热在堆芯中完成，汽水分离在汽水分离包中实现。
该种堆芯优点是由于没有一、二回路，热量损失小，传热效率高。缺点是有放射性的水直接进入汽轮机，如果汽轮机显露，则放射性可能直接泄露出来。且汽轮机大修时，放射性水平较高。同时对外部环境的放射性也较高。从经济的角度上来看是较好的，从安全角度上来说是较差的。
1.2 大亚湾蒸汽发生器
大亚湾核电站是国内典型的核电站，它的蒸汽发生器由带有内置式汽水分离设备的立式筒体和倒置式U形管束组成，一回路的每一个环路有一台蒸汽发生器，它是垂直布置的、自然循环的管式汽化装置。主蒸汽发生器参数：总高度20．8m，上筒体外径6．2m，下筒体外径4．8m，一回路压力15．5MPa，二回路压力6.89MPa，冷却剂进口温度327．6℃，冷却剂出口温度292．4℃，总传热面积5429m2，换热管数目4474根。
大亚湾核电站蒸汽发生器外形表现出既高又细的特点，同时蒸汽发生器内一、二回路介质都是高温介质，但一回路的压力要高于二回路的。一回路水在管侧流动，二回路水在管外汽化，通过蒸汽发生器出口的节流环进入汽轮机。这些管子焊接在一回路水侧封头，半球形封头分成两个水室（入口水室、出口水室）。
1.3 铅合金液态金属冷却快堆系统LFR
铅合金液态金属冷却快堆系统LFR是第四代反应堆的一种堆芯。LFR系统具有快中子能谱为铅或铅/铋共晶液态金属冷却反应堆拥有一个能有效增殖铀和管理锕系元素的闭合燃料循环该循环可以把锕系元素进行完全燃料再循环拥有主要或局部燃料循环设施。
LFR系统燃料以金属或氮化物为基础，包括可增殖的铀和超铀元素LFR，反应堆系统采用自然对流循环冷却出口温度为550℃，如果采用先进的耐热材料出口温度可以提高到800℃，温度升高了热化学过程将产生氢。
LFR系统的蒸汽发生器是U型管式，一回路冷却剂在U型管外，二回路冷却剂在U型管内，通过上部的接管进入二回路。该种蒸汽发生器的原理与大亚湾核电厂的蒸汽发生器相似。
1.4 田湾核电站蒸汽发生器
田湾核电站的蒸汽发生器是卧式结构，包括：蒸汽发生器壳体、换热表面、一回路冷却剂集流管、主给水分配装置、应急给水分配装置、化学试剂分配装置、水下均汽板、上部蒸汽孔板、液位指示装置、液位在线监测装置、蒸汽接管、支承装置、液压阻尼器和液位波动箱。
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该蒸汽发生器的优点一是可以避免立式蒸汽发生器常见的管板位置腐蚀产物的大量沉积；二是液位波动较小；三是储水量较大。但是由于蒸汽发生器传热管传热管材料使用的是奥氏体不锈钢08X18H10T，耐腐蚀性能比镍基合金差，因此对二回路水质要求高，同时卧式蒸汽发生器的占地面积较大。
该蒸汽发生器的长度为13840mm，壳体内径为4000mm；在蒸汽发生器中新蒸汽压力6.37MPa，所产生的蒸汽温度278.5℃，出口处的蒸汽压力6.28MPa；在蒸汽发生器入口处一回路冷却剂温度321℃，出口处一回路冷却剂温度291℃。换热管数目10978根，蒸汽发生器充注满时二次侧水容积125m3，蒸汽发生器充注至工作液位（2400m）时二次侧水容积181.5m3。
1.5 CAP1400蒸汽发生器
CAP1400的蒸汽发生器是立式、U型管传热面和汽水分离装置包容于一体的自然循环饱和蒸汽发生器。主要由水室封头、管板、下筒体、上筒体、锥体、上封头、管束组件和汽水分离装置组成。
CAP1400的蒸汽发生器一次侧运行压力为15.5MPa，一次侧入口温度为323℃，一次侧出口温度为280℃。每台蒸汽发生器的传热管数量为12606根，传热面积为14666.5m2，总高为23.7m，上筒体内径为6120mm，下筒体内径为4655mm。
CAP1400的蒸汽发生器也显示出高且细的特点。同时一、二回路都处于高温高压之中。总传热面积达到了14666.5m2，同时换热管数目达到了12606根。一回路，反应堆冷却剂通过热端流进一次室。冷却剂流经逆向的U型管，将热转换到二回路，返回到一次室的冷端，再通过两个冷端流出蒸发器。CAP1400蒸汽发生器采用了一些新的技术：采用耐腐蚀的690合金传热管和其它部件；采用不锈钢梅花孔传热管支撑板。这些新的技术保障了CAP1400的可靠安全运行。
2 各系统之间的比较
2.1 蒸汽发生器结构对比
CAP1400蒸汽发生器在结构上有较大的优势。石墨堆没有蒸汽发生器，只有汽水分离包，不做对比。对于铅合金液态金属冷却快堆系统LFR，蒸汽发生器与堆芯一起设计，对于维修和检查不方便。对于国内常见的大亚湾堆型，CAP1400蒸汽发生器的结构更高更细。比大亚湾的高2.9m，但上筒体和下筒体比大亚湾的小。对于田湾核电厂的蒸汽发生器，CAP1400的占地面积更小，而蒸汽发生器应该设计的简单紧凑，应该便于安装使用，便于发现并排除故障。
2.2 系统运行参数对比
作为一、二回路的换热装置，蒸汽发生器的运行参数反映了其所需材料的强度要求、换热能力的大小。
CAP1400的蒸汽发生器冷却剂进出口温度比第四代堆型铅合金液态金属冷却快堆系统LFR低，换热能力没有第四代的强。CAP1400的蒸汽发生器冷却剂进出口温度都比大亚湾的蒸汽发生器低，其中在进口温度低了4.6℃，在出口温度高了12.4℃。CAP1400蒸汽发生器进出口温差为48℃，而大亚湾蒸汽发生器进出口温差为35.4℃，相对来说CAP1400的进出口温差比大亚湾蒸汽发生器进出口温差小。与田湾核电厂的蒸汽发生器相比，进口温度高了2℃，出口温度低了13℃。同时CAP1400的总传热面积为14666.5m2，同时换热管数目达到了12606根，比其他电厂蒸汽发生器的换热面积大了很多。总的来说极大的增加了换热量，换热效果好。
3结语
CAP1400蒸汽发生器的占地面积较小，结构紧凑，维修检查方便。整体核岛结构合理。
后续新机组的蒸汽发生器的设计中，在材料允许的前提下，建议进一步提高换热能力。提高蒸汽发生器的制作材料，减小热应力引起的裂纹等问题。减少蒸汽发生器的沉积物，保证蒸汽发生器的水质要求。在此基础上，提高蒸汽发生器的液位控制水平，保证蒸汽发生器更好的正常运行。
参考文献：
[1]刘亮.周涛.宋明强.AP1000与大亚湾核电站蒸汽发生器的对比与分析[J].华东电力，2013.
论文作者:张超奇,李文龙
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
标签：发生器论文; 蒸汽论文; 回路论文; 大亚湾论文; 冷却剂论文; 核电站论文; 温度论文; 《电力设备》2017年第34期论文;