1 蒸汽发生器的性能参数
蒸汽发生器是连接核电厂一二回路的重要设备，作为一回路压力边界的重要组成部分，承载着保证核电厂第二道安全屏障完整的重要安全职责。同时，蒸汽发生器的换热性能直接影响二回路蒸汽质量，进而影响汽轮发电机组的出力能力，是影响核电厂经济效益的关键设备。目前国内外主流压水堆核电机组均采用立式自然循环蒸汽发生器。蒸汽发生器在设计时均会考虑污垢热阻和换热面积富余，部分其他电厂和堆型的蒸汽发生器污垢热阻设计值如下表所示：
表1 部分电厂或堆型设计污垢热阻
55/19型的蒸汽发生器是其中的典型代表，近年来新投产的核电机组多数都采用此型号蒸汽发生器。国内某电厂55/19B型蒸汽发生器主要的设计污垢热阻参数如下表所示：
表2 55/19B型蒸汽发生器污垢热阻设计参数表
从上表可知，55/19型蒸汽发生器设计污垢热阻在部分机组中是较低的，但蒸汽发生器在设计上同时考虑了10%堵管裕度和污垢热阻，整体换热面积裕度在理论上是足够的。
2 蒸汽发生器换热性能的评价指标
立式蒸汽发生器整体的换热过程可以整体大致归纳为三类，即：单项对流传热、欠热沸腾传热、沸腾传热。每种换热方式涉及到的污垢热阻计算模型均不相同，且不同传热方式的传热管长度急难确定，所以很难准确的计算出蒸汽发生器传热部分的确切污垢热阻。在蒸汽发生器日常换热性能诊断中可以将蒸汽发生器作为一个整体看待，计算其整体的污垢热阻。该方式虽然无法准确得知其传热部分的实际热阻值但可以通过整体热阻的变化趋势进行换热能力的分析和诊断。
蒸汽发生器整体污垢热阻的计算方式如下：
F污=1/Kc-Fin-Fout-Ftw 式1
式1中：
F污：蒸汽发生器污垢热阻；
Kc：蒸汽发生器传热系数；
Fin、Fout、Ftw：分别代表蒸汽发生器传热管内热阻、外热阻和管壁热阻，为定值。
3 蒸汽发生器性能下降的原因
以国内某核电厂3号机组55/19型蒸汽发生器为例，蒸汽发生器整体污垢热阻及蒸汽发生器出口压力变化趋势一般在首循环层上升趋势，第三循环后呈现明显断崖式下降趋势。而蒸汽发生器出口压力与蒸汽发生器整体污垢热阻变化成反比压力越低则换热性能越差，且随着蒸汽发生器的正常运行其污垢热阻是不断波动变化的，在某个较短时间段内会出现激增，蒸汽发生器出口压力随之骤降，且无法随着机组长期运行而逐渐恢复。污垢热阻增加说明蒸汽发生器二次侧结垢，进而造成换热能力下降。为分析造成此现象的原因，结合机组运行状态，汇总了3号机组蒸汽发生器出口压力变化趋势，发现时间轴关联性上分析，蒸汽发生器出口换热能力下降与机组调停/深调时间上高度吻合。且在首次大修后蒸汽发生器换热能力有了阶跃性提升，并在第三次大修后呈现阶跃性下降，国内多家核电机组蒸汽发生器的换热能力变化均出现了类似现象。结合传热学基本原理及蒸汽发生器结垢分析总结出蒸汽发生器换热能力的一般趋势，如下图所示：
图1 蒸汽发生器换热能力与运行时间的经验趋势图
初始阶段蒸汽发生器由于传热管表面清洁，故换热能力较强。随着机组不断运行，传热管表面形成了污垢，增加了热阻，导致换热能力下降（I区域）。随着热阻的不断堆积，在传热管表面形成了松散的沉积结构，又对蒸汽发生器换热能力起到了增强的作用（II区域）。松散沉积物不断堆积的同时也有松散沉积物不断转化成致密的沉积物，蒸汽发生器换热能力将逐步进入稳定期（III区域）；后续随着大量的松散沉积物不断剥离或转化为致密沉积物，最终蒸汽发生器换热能力会出现下降（IV区域）。而机组调停、深度调峰及大修等均会加速蒸汽发生器换热能力的变化过程。
4 蒸汽发生器换热能力的提升
对蒸汽发生器二次侧的污垢进行化学分析，可以发现污垢的主要成分为四氧化三铁，因此可以利用四氧化三铁的磁力特性结合蒸汽发生器传热管涡流检查数据进行污垢成像，以此确定蒸汽发生器污垢的主要结垢位置与结垢程度。结合蒸汽发生器污垢成像图发现一般立式蒸汽发生器污垢在垂直切面上集中分布在热端的5-9支撑板之间和冷端的分流板-2支撑板之间。考虑到立式蒸汽发生器的结构特点，通过高压冲洗的方法很难冲刷到位于热端5-9支撑板的污垢，但可以使用专用冲洗装置可以对位于第一层支撑板之间的污垢进行冲洗。此区域冷段结垢明显，且换热形式主要为液体和液体之间的对流换热，减少此区域热阻可以有效地提升蒸汽发生器换热能力。[3]
5 结论
蒸汽发生器换热能力会随着机组的运行呈现的“下降-上升-下降”的变化趋势。机组调停、深度调峰及大修均会加快这一变化过程。立式蒸汽发生器污垢在垂直切面上集中分布在热端的5-9支撑板之间和冷端的分流板-2支撑板之间。而在机组蒸汽发生器换热能力处于长期下降阶段时可以对其二次侧冷段第一层支撑板区域进行反向冲洗，可以增强蒸汽发生器的换热能力。如蒸汽发生器换热能力持续恶化应考虑采用化学试剂清洗传热管。
参考文献：
[1] 鲁钟琪. 两相流与沸腾传热[M]. 北京：清华大学出版社，2002:185-189.
[2] 李宇,周涛等. AP1000与二代核电蒸汽发生器换热特性对比研究[J]. 华电技术,2015(10):69-71.
[3] 丁训慎. 核电站蒸汽发生器的机械清洗和化学清洗[J]. 化学清洗,1999.05:20-25.
[4] 韩斌，李锋等. 蒸汽发生器化学清洗的研究[J]. 核标准计量与质量，2012,04:45-52.
