3T/CNEAXXXX—XXXX核電廠蒸汽發(fā)生器熱力性能監(jiān)督與評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則本標(biāo)準(zhǔn)主要用于指導(dǎo)壓水堆核電廠立式自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器熱力性能監(jiān)督及評(píng)估，重點(diǎn)包括二次側(cè)主蒸汽壓力修正計(jì)算、沉積物計(jì)算、傳熱熱阻計(jì)算、梅花孔堵塞情況評(píng)估和狀態(tài)指標(biāo)評(píng)估等。本標(biāo)準(zhǔn)適用于壓水堆核電廠立式自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器運(yùn)行期間的熱力性能監(jiān)督及評(píng)估。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本《導(dǎo)則》的應(yīng)用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本《導(dǎo)則》。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本《導(dǎo)則》。NB/T20315壓水堆核電廠蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)制造規(guī)范NB/T20222壓水堆核電廠蒸汽發(fā)生器老化指南NB/T20244壓水堆核電廠蒸汽發(fā)生器傳熱管堵管導(dǎo)則NB/T20046壓水堆核電廠蒸汽發(fā)生器安裝及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)程N(yùn)B/T20464核電廠蒸汽發(fā)生器傳熱管在役氦泄漏檢測(cè)3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1沉積物(Deposit)二回路流動(dòng)加速腐蝕的產(chǎn)物和二回路攜帶來(lái)的雜質(zhì)在蒸汽發(fā)生器中不斷富集，通常在管板上沉積稱為泥渣(Sludge)。在管束上沉積稱為結(jié)垢（Scale)，或稱之為污垢（fouling）。本文件統(tǒng)一稱之為沉積物(Deposit)。3.2傳熱熱阻（heattransferresistance）蒸汽發(fā)生器傳熱熱阻為一回路傳熱熱阻、二回路傳熱熱阻、管壁導(dǎo)熱熱阻和污垢熱阻四部分熱阻的代數(shù)和。傳熱熱阻的倒數(shù)為傳熱系數(shù)。3.3梅花孔堵塞率（Plumholepluggingrate）梅花孔中泥渣堵塞面積與設(shè)計(jì)制造的通流面積的百分比率。3.4狀態(tài)指標(biāo)（stateindex）將蒸汽發(fā)生器熱力性能降低的程度，用百分?jǐn)?shù)的形式呈現(xiàn)，結(jié)合不同的狀態(tài)區(qū)間，以監(jiān)測(cè)和評(píng)估蒸汽發(fā)生器的運(yùn)行狀態(tài)。4T/CNEAXXXX—XXXX4監(jiān)督和評(píng)估目的通過(guò)對(duì)蒸汽發(fā)生器熱力性能參數(shù)的監(jiān)督和評(píng)估，分析蒸汽發(fā)生器當(dāng)前的熱力性能狀態(tài)，預(yù)測(cè)蒸汽發(fā)生器熱力性能變化趨勢(shì)，為后續(xù)相關(guān)治理措施提供建議參考。5熱力性能監(jiān)督和評(píng)估方法5.1熱力性能監(jiān)督指標(biāo)蒸汽發(fā)生器熱力性能的參數(shù)分成兩類：一類是可以直接測(cè)量得到的熱力參數(shù)，稱為征兆參數(shù)。如二次側(cè)主蒸汽壓力、一回路冷腿溫度、一回路熱腿溫度、給水溫度等。另一類是不可測(cè)量的，需要綜合計(jì)算得到，代表著部件的某一類特性，稱為特征參數(shù)。如傳熱熱阻、梅花孔堵塞率、狀態(tài)指標(biāo)等。征兆參數(shù)數(shù)據(jù)的收集和統(tǒng)計(jì)能反映蒸汽發(fā)生器熱力性能的變化趨勢(shì)，特征參數(shù)可作為蒸汽發(fā)生器熱力性能診斷評(píng)估的重要依據(jù)。5.1.1.征兆參數(shù)監(jiān)督蒸汽發(fā)生器征兆參數(shù)監(jiān)督內(nèi)容主要包括一回路冷腿溫度、一回路熱腿溫度、蒸汽發(fā)生器寬量程水位、二回路主蒸汽壓力、熱功率、汽輪機(jī)高壓缸調(diào)節(jié)閥開(kāi)度、給水中鐵濃度、排污水中鐵濃度、給水溫度和給水流量十個(gè)監(jiān)督指標(biāo)。給水中鐵濃度和排污水中鐵濃度由核電廠化學(xué)部門(mén)提供。其它參數(shù)可以由核電廠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中在線獲取，監(jiān)督數(shù)據(jù)采集期間，機(jī)組應(yīng)處于滿功率運(yùn)行狀態(tài)，反應(yīng)堆熱功率取99.5%Pn以上，期間機(jī)組狀態(tài)穩(wěn)定，無(wú)其它影響蒸汽發(fā)生器水位變化和機(jī)組熱力性能變化的操作，宜取20分鐘的數(shù)據(jù)平均值。5.1.2.特征參數(shù)監(jiān)督蒸汽發(fā)生器特征參數(shù)監(jiān)督主要包括修正后主蒸汽壓力、管束上沉積物質(zhì)量、傳熱熱阻、梅花孔堵塞情況和狀態(tài)指標(biāo)五個(gè)監(jiān)督指標(biāo)。特征參數(shù)由征兆參數(shù)結(jié)合相關(guān)模型計(jì)算得到，計(jì)算過(guò)程可參照熱力性能評(píng)估章節(jié)和附錄資料。5.1.3.監(jiān)督周期建議核電廠每周開(kāi)展一次征兆參數(shù)的收集和統(tǒng)計(jì)監(jiān)督工作，每循環(huán)開(kāi)展一次特征參數(shù)的監(jiān)督和評(píng)估工作。如果核電廠蒸汽發(fā)生器管理大綱另有規(guī)定，可按照大綱文件執(zhí)行。5.2熱力性能評(píng)估5.2.1修正后主蒸汽壓力二回路主蒸汽壓力與反應(yīng)堆熱功率、一回路平均溫度、一回路流量、給水溫度、堵管率、二次側(cè)結(jié)垢、一次側(cè)結(jié)垢、汽水分離器結(jié)垢等多種因素有關(guān)，宜進(jìn)行參數(shù)修正。本文件推薦在機(jī)組滿功率穩(wěn)定運(yùn)行條件下進(jìn)行主蒸汽壓力等數(shù)據(jù)采集，僅修正一回路平均溫度對(duì)主蒸汽壓力的影響。5.2.2管束上沉積物質(zhì)量核電廠二回路產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物隨給水被輸送到蒸汽發(fā)生器二次側(cè)。沉積物在蒸汽發(fā)生器二次側(cè)保持懸浮狀態(tài)或者逐漸沉積在管板、支撐板或傳熱管表面，也可通過(guò)排污系統(tǒng)或泥渣收集器去除。沉積物質(zhì)量、厚度及分布可通過(guò)機(jī)組大修期間的視頻檢查、水力清洗、渦流檢測(cè)、化學(xué)清洗等方法進(jìn)行估算。本5T/CNEAXXXX—XXXX文件采用機(jī)組運(yùn)行期間的給水中鐵濃度、排污鐵濃度、給水流量等征兆數(shù)據(jù)累計(jì)估算遷移到蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的沉積物質(zhì)量。盡管各核電廠之間的差異可能很大，但蒸汽發(fā)生器內(nèi)沉積物分布大致如下：排污約占15%，管板約占10%，支撐板約占5%，傳熱管表面占70%。Fe3O4通常占沉積物質(zhì)量的90%左右，其余部分是溶解鐵、小于0.45um的膠體鐵以及其它溶解性物質(zhì)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的沉積物密度，計(jì)算得到傳熱管表面沉積物厚度。5.2.3傳熱熱阻蒸汽發(fā)生器總體傳熱系數(shù)K可按公式(1)計(jì)算：式中：K——蒸汽發(fā)生器總體傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；Q——一次側(cè)傳到二次側(cè)的熱功率，W;A——蒸汽發(fā)生器的換熱面積，m2；Δtm——傳熱管的對(duì)數(shù)平均溫差，℃。蒸汽發(fā)生器傳熱管的對(duì)數(shù)平均溫差Δtm可按公式(2)計(jì)算：式中：Δtm——傳熱管的對(duì)數(shù)平均溫差，℃;Δtmax——一次側(cè)和二次側(cè)兩側(cè)的最大溫差，℃;Δtmin——一次側(cè)和二次側(cè)兩側(cè)的最小溫差，℃。二次側(cè)污垢熱阻變化量ΔRF可按公式(3)計(jì)算：ΔRF=式中：ΔRF——污垢熱阻變化量，(m2·K)/K0——設(shè)計(jì)傳熱系數(shù)或商業(yè)運(yùn)行初期的實(shí)際傳熱系數(shù)，W/(m2·K)。蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常根據(jù)四層熱阻模型計(jì)算蒸汽發(fā)生器的傳熱系數(shù)K0，可按公式(4)計(jì)算：6T/CNEAXXXX—XXXX式中：α1——傳熱管管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；α2——傳熱管管外大空間沸騰傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；Rw——傳熱管管壁平均溫度下的導(dǎo)熱熱阻，(m2·K)/W；RF——傳熱管管外設(shè)計(jì)污垢熱阻，(m2·K)/W，通?？扇?.8×106(m2·K)/W；Di——傳熱管內(nèi)徑，m；Do——傳熱管外徑，m；De——傳熱管當(dāng)量直徑，m。5.2.4梅花孔堵塞情況蒸汽發(fā)生器二次側(cè)沉積在梅花孔中不斷富集后，引起流通面積減少，上升通道的流動(dòng)阻力增加，循環(huán)倍率降低。當(dāng)梅花孔堵塞率達(dá)到一定閾值后，蒸汽發(fā)生器水位將發(fā)生周期性震蕩，局部流速增加引發(fā)的流致振動(dòng)導(dǎo)致傳熱管疲勞降質(zhì)，循環(huán)倍率降低引起熱效率也將降低，從而影響核電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需主動(dòng)對(duì)梅花孔堵塞率進(jìn)行監(jiān)督和評(píng)估。通常采用三種方法來(lái)評(píng)估：在大修期間利用攝像頭進(jìn)行目視檢查評(píng)估；在大修期間基于渦流檢測(cè)方法間接評(píng)估；在日常運(yùn)行期間基于蒸汽發(fā)生器寬量程水位進(jìn)行間接評(píng)估；本文件采用寬量程水位變化情況對(duì)梅花孔堵塞情況進(jìn)行監(jiān)督和評(píng)估。如寬量程水位與商運(yùn)初期水位值相比，變化率超過(guò)2%，如公式(5)所示，則反應(yīng)梅花孔堵塞率可能達(dá)到20-30%的水平，應(yīng)引起核電廠的關(guān)注，宜在大修期間對(duì)頂層支撐板的梅花孔進(jìn)行視頻檢查確認(rèn)，針對(duì)性制定水力清洗或軟化學(xué)清洗等措施。式中：?W——寬量程水位變化率，%；W——當(dāng)前滿功率狀態(tài)時(shí)寬量程水位值，m；W0——商運(yùn)初期滿功率狀態(tài)時(shí)寬量程水位值，m。5.2.5狀態(tài)指標(biāo)核電廠汽輪機(jī)主蒸汽調(diào)節(jié)閥多采用節(jié)流控制方式進(jìn)行機(jī)組功率控制。蒸汽發(fā)生器與汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)匹配上存在一定的裕度。在裕度范圍內(nèi)，主蒸汽壓力降低，對(duì)機(jī)組出力影響較小，即卡諾循環(huán)效率的降低帶來(lái)的損失，可以通過(guò)減少主蒸汽調(diào)節(jié)閥閥門(mén)節(jié)流損失進(jìn)行彌補(bǔ)。一旦主蒸汽壓力降低過(guò)大，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)(VWO)，則主蒸汽壓力降低的損失將給機(jī)組出力帶來(lái)較大影響。根據(jù)核電廠蒸汽發(fā)生器的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)，利用蒸汽發(fā)生器四層熱阻傳熱模型得到蒸汽發(fā)生器出口理論蒸汽壓力，這代表了蒸汽發(fā)生器在沒(méi)有污垢情況下的最佳傳熱性能；理論最佳蒸汽壓力減去實(shí)際蒸汽壓力，反映了蒸汽發(fā)生器因沉積物在傳熱管沉積帶來(lái)的壓力(傳熱)損失。壓力損失比上最大設(shè)計(jì)壓損，可得到蒸汽發(fā)生器傳熱性能降低對(duì)汽輪機(jī)出力的影響程度；該計(jì)算模型，將蒸汽發(fā)生器與二回路汽輪機(jī)出力能力的評(píng)價(jià)聯(lián)系起來(lái)，將蒸汽發(fā)生器熱力性能降低的程度，用量化的百分?jǐn)?shù)形式統(tǒng)一呈7T/CNEAXXXX—XXXX現(xiàn)，并結(jié)合汽輪機(jī)主蒸汽調(diào)節(jié)閥開(kāi)度限值的實(shí)際運(yùn)行現(xiàn)狀，提出不同的量化區(qū)間，以監(jiān)測(cè)和評(píng)估蒸汽發(fā)生器的運(yùn)行狀態(tài)。該評(píng)價(jià)指標(biāo)可稱為狀態(tài)指標(biāo)。8數(shù)，結(jié)合蒸汽發(fā)生器傳熱模型，參照流程圖A.1進(jìn)行汽壓力土度，飽和溫利用傳熱方△tm2)/△tm1<0.迭代結(jié)束，計(jì)算下壓力修正計(jì)算結(jié)束9注：以熱工設(shè)計(jì)工況數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，0堵管，0污垢T/CNEAXXXX—XXXX(資料性附錄)管束上沉積物質(zhì)量每個(gè)取樣周期內(nèi)懸浮鐵的遷移量可以通過(guò)該取樣周期內(nèi)給水懸浮鐵濃度和給水流量計(jì)算。每個(gè)采樣周期內(nèi)進(jìn)入單臺(tái)蒸汽發(fā)生器的鐵氧化物累計(jì)量計(jì)算采用公式(B.1)進(jìn)行計(jì)算：M主給水=(C主給水×F主給水×?T/1000)×1.38（B.1）式中:M主給水——主給水進(jìn)入單臺(tái)蒸汽發(fā)生器的鐵氧化物累計(jì)(以Fe3O4計(jì))，g；C主給水——主給水懸浮鐵濃度(以Fe計(jì))，ug/kg，ppb；F主給水——目標(biāo)SG在取樣時(shí)段內(nèi)的主給水流量，t/h；ΔT——ARE懸浮鐵取樣累積時(shí)長(zhǎng)，h；1.38——轉(zhuǎn)化系數(shù)，單質(zhì)鐵轉(zhuǎn)化成Fe3O4的轉(zhuǎn)化系數(shù)，(56×3+16×4)/(56×3)=1.38。每個(gè)采樣周期內(nèi)計(jì)算單臺(tái)蒸汽發(fā)生器排污移除的鐵氧化物累積量采用公式(B.2)進(jìn)行計(jì)算。M排污=(C排污×F排污×?T/1000)×1.38（B.2）式中:M排污——APG排出單臺(tái)蒸汽發(fā)生器的鐵氧化物累計(jì)(以Fe3O4計(jì))，g；C排污——APG懸浮鐵濃度(以Fe計(jì))，ug/kg,ppb；F排污——取樣時(shí)段內(nèi)的1個(gè)SG總的排污流量，t/h；一個(gè)燃料循環(huán)內(nèi)，單臺(tái)蒸汽發(fā)生器腐蝕產(chǎn)物累積量M循環(huán)的計(jì)算公式(B.3)所示：M循環(huán)=M給水?M排污?M泥渣（B.3）式中:M泥渣——一個(gè)燃料循環(huán)結(jié)束后單臺(tái)蒸汽發(fā)生器二次側(cè)壓力沖洗收集的淤渣凈重(以Fe3O4計(jì))，g；蒸汽發(fā)生器內(nèi)部腐蝕量M內(nèi)部占M循環(huán)質(zhì)量的10%，其余雜質(zhì)含量占M循環(huán)質(zhì)量的2%。一個(gè)循環(huán)中蒸汽發(fā)生器中總的沉積物質(zhì)量M循環(huán)總?cè)绻?B.4)所示。M循環(huán)總=M循環(huán)+M內(nèi)部+M雜質(zhì)（B.4）式中:M循環(huán)總——一個(gè)燃料循環(huán)結(jié)束后單臺(tái)蒸汽發(fā)生器沉積物總重(以Fe3O4計(jì))，g；M內(nèi)部——一個(gè)燃料循環(huán)結(jié)束后單臺(tái)蒸汽發(fā)生器內(nèi)部腐蝕產(chǎn)生的沉積物總重(以Fe3O4計(jì))，g；T/CNEAXXXX—XXXXM雜質(zhì)——一個(gè)燃料循環(huán)結(jié)束后單臺(tái)蒸汽發(fā)生器中累計(jì)的雜質(zhì)總重(以Fe3O4計(jì))，g。(資料性附錄)傳熱熱阻一次側(cè)冷卻劑對(duì)U形管壁的對(duì)流傳熱，一般屬于單相介質(zhì)在管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流湍流放熱，Dittus-Boelter(迪圖斯-貝爾特)公式(C.1)應(yīng)用最為廣泛。α1=λNu/di（C.1）式中:λ——冷卻劑熱導(dǎo)率，W/m2·K；di——傳熱管內(nèi)徑，m；Nu——努賽爾數(shù)。Nu努塞爾數(shù)采用(C.2)公式進(jìn)行計(jì)算：(C.2)Nu=0.023Re0.8Pr0.4(C.2)式中:Re——傳熱管內(nèi)流體的雷諾數(shù)；Pr——傳熱管內(nèi)流體的普朗特?cái)?shù)。二次側(cè)沸騰傳熱通常采用Jens-Lottes(詹斯-洛特斯)(C.3)公式。?sat=tw?ts=0.7920370.25（C.3）式中:ΔT——放熱溫差，℃;tw——壁面溫度，℃;ts——水的飽和溫度，℃;q——熱流密度，MW/m2。α2采用(C.4)公式和(C.3)公式進(jìn)行迭代計(jì)算：α2=（C.4）管壁導(dǎo)熱熱阻采用公式(C.5)計(jì)算：T/CNEAXXXX—XXXXRw=2ln（C.5）式中：λw——傳熱管材料的熱導(dǎo)率，W/m2·K。di——傳熱管內(nèi)徑，m；do——傳熱管外徑，m；de——傳熱管當(dāng)量直徑，m。對(duì)于Inconel-690，其導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化見(jiàn)表C.6所示。表C.6Inconel-690導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化溫度℃200300400500導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·K)21考慮污垢熱阻是為了加大蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的傳熱面積，以補(bǔ)償存在于傳熱管表面的污垢對(duì)傳熱的影響，一回路水通?？杀３趾芨叩那鍧嵍?，因此一回路側(cè)的污垢熱阻可忽略不計(jì)。考慮到經(jīng)濟(jì)性，二回路水質(zhì)的要求不像對(duì)一回路水那樣嚴(yán)格，因而在傳熱管二回路側(cè)存在一定程度的污垢。CPR1000機(jī)組55/19型蒸發(fā)器推薦的為88×10-7m2·K/W。AP1000設(shè)計(jì)推薦的污垢熱阻值為193.89×10-7m2·K/W，本文件推薦的污垢熱阻為88×10-7m2·K/W。蒸汽發(fā)生器狀態(tài)指標(biāo)參照流程圖E.1進(jìn)行計(jì)算。蒸汽發(fā)生器狀蒸汽發(fā)生器狀態(tài)指標(biāo)計(jì)算溫度、蒸汽壓力P、熱功率求得SG傳熱能力：管內(nèi)傳熱系數(shù)、管外傳熱系數(shù)、管壁導(dǎo)熱系數(shù)SG和汽輪機(jī)的匹配裕度狀態(tài)指標(biāo)n=(Pmax-P)/△P良好(加強(qiáng)關(guān)