蒸汽發(fā)生器是壓水堆一回路壓力邊界最薄弱的環(huán)節(jié)。為了保證運(yùn)行中蒸汽發(fā)生器的可靠性，從投運(yùn)的那一天起就要跟蹤、評估蒸汽發(fā)生器的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)問題要及時研究、解決。對運(yùn)行中蒸汽發(fā)生器的管理內(nèi)容包括：狀態(tài)跟蹤與評估，對國外相似蒸汽發(fā)生器的調(diào)研，事故與故障預(yù)測，制訂各種預(yù)防措施。預(yù)防措施包括雜質(zhì)清除和在役檢查，取管、堵管和襯管的修理技術(shù)，特殊堵管標(biāo)準(zhǔn)，泥渣沖洗和化學(xué)清洗技術(shù)，二回路水質(zhì)的控制(包括雜質(zhì)返回的檢測等)。一 傳熱管破裂(SGTR)事故
一.1 III類工況事故
考慮一根傳熱管完全斷裂，這類事故是稀有事故，但在核電站的整個壽期內(nèi)有可能發(fā)生。截至1994年，有10臺蒸汽發(fā)生器的傳熱管破裂。其中有3臺是由二次側(cè)應(yīng)力腐蝕引起的，有2臺是由高周疲勞引起的，有2臺是由松動零件磨損引起的，有2臺是由一次側(cè)應(yīng)力腐蝕引起的，有1臺則是由耗蝕引起的。破裂的部位有3個在管板上方，有6個在U形彎管段區(qū)，僅有1個在下部支撐板附近。破口的大小和形態(tài)也不一樣，有7個破口是軸向破裂，裂紋長度為32～250 mm，有2條裂紋呈360°的周向破裂，有1個為相鄰的2條裂紋組成。
一.2 事故的過程、判斷和處理
(1) 事故判斷的主要依據(jù)是：凝汽器抽氣器排氣監(jiān)測、蒸汽發(fā)生器排污水監(jiān)測、主蒸汽管道外16N監(jiān)測均顯示放射性濃度急劇升高，并發(fā)出警報。
(2) 傳熱管破裂時，由于蒸汽發(fā)生器一次側(cè)壓力比二次側(cè)壓力大得多，一次側(cè)水進(jìn)入二次側(cè)。由于一次側(cè)水的喪失，使穩(wěn)壓器水位下降，一回路壓力也隨著穩(wěn)壓器內(nèi)蒸汽容積的膨脹而下降。圖1、圖2分別表示穩(wěn)壓器水位及壓力隨時間的變化，2條曲線反映2種傳熱器管的破壞情況。
(3) 由于穩(wěn)壓器低壓和低水位報警，上充泵流量將自動增加，穩(wěn)壓器中的電加熱通電，力求穩(wěn)定穩(wěn)壓器中的壓力和水位。如果泄漏量超過上充泵流量，一回路水將繼續(xù)減少，導(dǎo)致自動停堆，汽輪機(jī)自動停機(jī)。穩(wěn)壓器水位達(dá)到低低水位定值時，安注系統(tǒng)向一回路注水。
(4) 由于一次側(cè)水漏入破管蒸汽發(fā)生器的二次側(cè)，導(dǎo)致二次側(cè)的壓力和水位升高，并出現(xiàn)給水量減少，蒸汽量和給水量失配。當(dāng)水位達(dá)到高高水位整定值時，主給水隔離，輔助給水投入。
(5) 此時如果有廠外電源，則利用蒸汽旁路系統(tǒng)，將蒸汽排入凝汽器，使一回路溫度、壓力迅速降低。
(6) 如果沒有廠外電源，則主泵不能運(yùn)行，凝汽器不能使用，此時蒸汽發(fā)生器靠自然循環(huán)排出堆芯余熱。
(7) 破管蒸汽發(fā)生器的汽壓迅速升高，當(dāng)達(dá)到釋放閥或安全閥動作的整定值時，帶放射性的蒸汽將通過這些閥門向大氣排放，造成環(huán)境污染。
(8) 以輔助給水和安注水作為熱阱吸收堆芯余熱，因此，排入大氣的蒸汽量逐漸減少，一、二次側(cè)壓力逐漸相等。
(9) 隔離破管蒸汽發(fā)生器，并隔離凝汽器排氣向大氣的出口。
以上(8)、(9)兩步是處理本事故的關(guān)鍵。為了使一、二次側(cè)壓力盡快相等，利用蒸汽旁路系統(tǒng)向凝汽器排汽是最快的方法，但放射性釋放量大，污染范圍擴(kuò)大到二回路設(shè)備。如果蒸汽管道中存水，蒸汽釋放可能引起水錘效應(yīng)，使二回路設(shè)備損壞。當(dāng)一、二次側(cè)壓力相等后，還可以用反充冷卻、排污冷卻等方法來進(jìn)一步降溫降壓。
事故處理一般要求在30 min內(nèi)處理完畢，可分下列3個階段：
(1) 停堆到安注系統(tǒng)動作，時間約為5 min；
(2) 對事故的鑒定，時間約為10 min；
(3) 事故處理直到把破管蒸汽發(fā)生器隔離，時間約為15min。
二 主蒸汽管道斷裂(MSLB)事故
二.1 IV類工況事故
假定安全殼外一根主蒸汽管道完全斷裂，并且同時失去廠外電源，亦即凝汽器停止工作。屬極限事故，被認(rèn)為是極不可能發(fā)生的。事故期間，受影響的蒸汽發(fā)生器在很短時間內(nèi)完全排空，隨后所產(chǎn)生的蒸汽通過破口直接噴向大氣，直到被隔離為止。不受影響蒸汽發(fā)生器的釋放持續(xù)時間為8h。
為減輕和緩解主蒸汽管道斷裂事故的后果，系統(tǒng)設(shè)計采取了若干措施。蒸汽發(fā)生器的蒸汽出口處加裝了流量限流器，每條主管道上都安裝有主蒸汽隔離閥。保護(hù)系統(tǒng)還可以觸發(fā)安全注射、給水和蒸汽管道隔離等動作。
在主蒸汽管道破裂的初期，由于破口處蒸汽的泄漏，使蒸汽流量迅速上升，但流量加大的結(jié)果使蒸汽壓力降低，所以蒸汽流量上升一段時間后會逐漸下降。事故發(fā)生后，由于一回路的突然冷卻，一回路壓力、溫度降低，負(fù)的慢化劑反應(yīng)性溫度系數(shù)使冷卻的結(jié)果減少停堆深度。假定停堆后有一束當(dāng)量最大的控制棒卡在堆芯上部，堆芯便會不可控地發(fā)生再次臨界的危險。事故發(fā)生后，安注系統(tǒng)啟動向堆芯加硼，使其回到停堆狀態(tài)。
二.2 主蒸汽管道斷裂事故分析準(zhǔn)則
(1) 假定一組控制棒卡棒，有或沒有廠外電源，并假定一個安全系統(tǒng)發(fā)生單一故障的情況下，主系統(tǒng)不應(yīng)受到損壞，堆芯應(yīng)保持其完整性。
(2) 發(fā)生最嚴(yán)重的主蒸汽管道斷裂事故時，泄漏蒸汽不會使安全殼受到損害。
考慮事故后果時，可以認(rèn)為堆芯達(dá)到了DNB點(沸騰危機(jī)，使傳熱系數(shù)劇烈下降)。但事實上，不論發(fā)生多大的破口，即使同時有當(dāng)量最大的控制棒高位卡棒發(fā)生，也不會接近DNB。
二.3 主蒸汽管道斷裂事故時的保護(hù)功能
(1) 安注系統(tǒng)動作。穩(wěn)壓器低壓信號，蒸汽管道高壓差信號，2條蒸汽管道高流量伴隨一回路低低平均溫度，或者1條蒸汽管道低壓信號，安全殼高壓信號均會觸發(fā)安注系統(tǒng)動作。
(2) 反應(yīng)堆超功率停堆和安注信號引發(fā)反應(yīng)堆停堆。
(3) 多重主給水管道隔離措施。繼續(xù)保持給水會加劇一回路的冷卻，因此，除正常控制系統(tǒng)會關(guān)閉給水線路閥門外，安注信號將迅速關(guān)閉給水泵所有的給水控制閥和隔離閥。
(4) 蒸汽管道上截止閥的迅速關(guān)閉。2條蒸汽管道高流量伴隨一回路低低平均溫度或蒸汽管道低壓力，安全殼高高壓力可引發(fā)主蒸汽管道上截止閥迅速關(guān)閉。
(5) 位于安全殼外邊的安全閥后，每一條蒸汽管道設(shè)有一個快速隔離閥。當(dāng)一條蒸汽管道發(fā)生破裂時，隔離閥可以防止其它蒸汽管道內(nèi)產(chǎn)生回流現(xiàn)象；如果破口位于隔離閥后面，它可以阻止蒸汽的繼續(xù)泄漏。
(6) 蒸汽發(fā)生器出口處裝有一個流量限制器，能在極不可能發(fā)生的主蒸汽管道斷裂事故中限制蒸汽流量。由于流量限制器的存在，當(dāng)蒸汽流量大量增加時，將產(chǎn)生限制蒸汽流量的一個背壓。從而提供幾個保護(hù)上的好處：防止在安全殼內(nèi)的壓力迅速升高，將一回路水熱量排出的速率保持在可接受的限值內(nèi)，減少了在主蒸汽管道上的推力，以及維持蒸汽發(fā)生器內(nèi)件，特別是管板和管子上的應(yīng)力在可接受的限值內(nèi)。
三 水錘事故
美國從1969年初到1981年5月共報告了67個壓水堆核電站的水錘事故，其中27個(占40%)為蒸汽發(fā)生器的水錘事故。蒸汽發(fā)生器的水錘事故分別發(fā)生在13座壓水堆核電站中，水錘事故的強(qiáng)度和后果差別很大，從較小的噪音、給水管的振動，到給水管主支架的破壞，直到給水管的穿透裂紋。
三.1 事故情況
發(fā)生事故的蒸汽發(fā)生器都是美國西屋公司和燃燒工程公司設(shè)計，帶有頂部給水環(huán)裝置，給水通過底部開孔的給水環(huán)，與再循環(huán)水混合后流向下降通道。
當(dāng)給水系統(tǒng)發(fā)生故障時(如事故停泵、閥門失靈或因某些瞬變過程引起給水量快速減少)，給水量迅速降低，蒸汽發(fā)生器中的水位下降，給水環(huán)暴露在蒸汽之中。一般，給水環(huán)暴露1～2 min，底部帶有排水孔的給水環(huán)中的水有可能流盡，并被蒸汽充滿。在這一瞬變后，當(dāng)給水流量(一般為過冷度大的輔助給水)恢復(fù)時，給水通過水平給水管流入給水環(huán)，并在充滿蒸汽的給水環(huán)下部流動，在蒸汽和過冷給水間的交界面上會出現(xiàn)蒸汽快速冷凝。另一方面，隨著輔助給水量的增加，水平給水管與給水環(huán)連接處被水封除，水平管內(nèi)形成一個孤立的蒸汽泡。由于汽泡內(nèi)蒸汽的冷凝，汽泡外的壓力可達(dá)到7MPa，孤立的汽泡迅速縮小而潰滅，產(chǎn)生壓力脈沖。壓力脈沖的大小及其在給水管中的傳播取決于很多因素，其中包括汽泡內(nèi)蒸汽的冷凝速率、汽泡和水塊的初始容積、蒸汽壓力、給水管道的聲速和管道的幾何形狀及布置。當(dāng)壓力波在給水管道中逆向傳播時，在管道中產(chǎn)生的沖擊力，能夠引起管道支撐、阻尼器及管道本身的破壞。
三.2 防止和減輕水錘事故的措施
(1) 在給水環(huán)頂部安裝J形管。在給水環(huán)頂部安裝J形管，并將其底部的小孔封死。這樣，當(dāng)水位降到給水環(huán)以下時，可大大降低給水環(huán)中的排水速率，排干水的時間要花20 min以上，顯著地推遲了給水環(huán)排空水的時間。
(2) 給水提前進(jìn)入蒸汽發(fā)生器。喪失主給水后，蒸汽發(fā)生器中的水位下降，當(dāng)J形管的給水環(huán)暴露于蒸汽后，雖能顯著地減緩給水環(huán)中水的疏干，但不能阻止給水環(huán)失水。如果蒸汽大量進(jìn)入給水環(huán)前，立刻啟動輔助給水(最好是自動啟動)，有助于保持給水環(huán)中充滿水，防止水錘事故的發(fā)生。
(3) 縮短蒸汽發(fā)生器給水入口水平給水管長度。蒸汽發(fā)生器的給水環(huán)和入口處的水平給水管，一般位于給水系統(tǒng)的最高位置，縮短給水入口處的水平管道長度，能減小排空的給水管道容積，從而使由冷凝引起的壓力脈沖減小。西屋公