蒸汽发生器PT100

蒸汽发生器（Steam Generator, SG）是压水堆（PWR）与部分其他类型核电站、大型火电及化工装置中的关键热交换设备，其任务是将一回路高温高压冷却剂的热量高效传递给二回路给水，产生合格的蒸汽以驱动汽轮机或工艺设备。蒸汽发生器的运行状况直接关系到核安全、发电效率与设备寿命，而温度测量是监测其热工水力状态、判断结垢与腐蚀风险、实现自动控制的核心手段。PT100铂热电阻因精度高、线性度好、稳定性强、可标准化互换，在蒸汽发生器各关键位置得到广泛应用。本报告将从蒸汽发生器结构与测温需求、PT100适配设计、安装与防护、性能验证及典型应用案例五个维度，系统分析蒸汽发生器PT100的技术内涵与工程实现。

二、蒸汽发生器结构与测温需求

2.1 典型结构（以压水堆立式U型管SG为例）

一回路侧：高温高压冷却剂（PWR约315℃、15.5MPa）在U型管内流动，将热量传至管外二回路侧；
二回路侧：给水从下部进入，在管束外空间上升，逐步被加热为饱和或微过热蒸汽，从顶部出口；
主要区段：给水进口段、预热区、蒸发区、汽水分离段、蒸汽出口段；
附属系统：排污管、放气管、在线化学加药口、液位计接口等。

2.2 关键测温点与目的

一回路入口/出口温度：监测堆芯出口冷却剂温度与SG传热温差，判断堆功率与SG性能；
二回路给水温度：控制给水预热与流量，防止热冲击；
二回路蒸汽温度：评估蒸发段末端过热度，指导汽水分离与过热控制；
排污温度：监测底部排污状态，防止沉积物堆积与局部过热；
液位相关温度：结合液位计判断汽水界面，防止干涸或满溢。

2.3 环境与工况挑战

高温高压：二回路蒸汽温度可达280~300℃，压力5~7MPa（PWR）或更高（火电SG）；
热冲击与热循环：启停堆、负荷变化引起温度阶跃；
腐蚀介质：二回路为去离子水/蒸汽，含微量氧、加药（氨、联氨等）及可能的氯离子；
结垢与积盐：传热管外壁与支撑板处易结Ca/Mg硅酸盐垢，影响热阻与温度分布；
空间狭窄、检修困难：传感器安装与更换需停堆或隔离，要求高可靠性与长寿命。

三、蒸汽发生器PT100的适配设计

3.1 材料选择

护套材料：
- 一回路侧：Inconel 600/690或316L不锈钢（视设计而定），耐硼酸与高温高压；
- 二回路侧：316L或Inconel 600，耐去离子水与蒸汽腐蚀；
- 对高湿蒸汽区，可选钛合金或双相不锈钢2205提高耐蚀性。
绝缘与填充：
- 高温段：高纯氧化铝（Al₂O₃）或氧化镁（MgO）陶瓷粉，耐温、不吸湿；
- 全密封结构，避免蒸汽渗入内部导致绝缘下降。
引线：矿物绝缘金属护套电缆（MI Cable），如Inconel 600护套+MgO绝缘+镍芯，耐高温高压与蒸汽。

3.2 结构形式

铠装PT100：一体化结构抗振、防渗漏，适合长期安装在管道或壳体；
法兰安装式：便于在SG人孔或接管法兰处安装与拆卸；
插入式短探头：直接插入给水或蒸汽管道，响应速度快；
冗余布置：关键温度点采用双支PT100，互为备用或交叉校验。

3.3 防护与防污措施

全密封焊接：端部全周氩弧焊或激光焊，焊缝经渗透检测（PT）或射线检测（RT）；
防垢设计：在易结垢位置，传感器表面可做抛光或涂层处理，减少沉积附着；
安装位置优化：避开死水区与强烈涡流区，保证测量代表性。

四、安装与信号传输要点

4.1 安装位置选择

一回路进出口：在主管道或SG进出口接管处安装，保证测温代表性；
二回路给水管道：靠近SG入口，监测预热效果；
蒸汽出口管道：在汽水分离器后测量过热蒸汽温度；
排污管道：在底部排污阀前测量温度，判断排污有效性。

4.2 安装方式

焊接套管：在管道上焊接不锈钢套管，PT100插入套管并用压紧螺母固定，保证热接触；
法兰连接：在SG本体法兰接口安装，便于检修；
导向固定：在蒸汽空间安装时加导向支架，防止振动与晃动。

4.3 信号传输与补偿

采用三线制或四线制接线，减小引线电阻与干扰；
长距离传输使用屏蔽双绞线，屏蔽层单端接地；
对高温蒸汽环境，可在近端设置变送器（RTD→4~20mA/数字信号），减少信号衰减与干扰。

五、性能验证与测试

5.1 型式试验

高温高压试验：在模拟SG运行温度与压力下，验证密封性与绝缘电阻；
热循环试验：多次启停模拟，检查焊点、绝缘与阻值稳定性；
腐蚀试验：在含氧去离子水或加药水中长期浸泡，评估护套与绝缘耐蚀性。

5.2 现场验证

在机组调试与试运行期间，对PT100读数与主控制系统、汽轮发电机功率等参数进行比对，验证测量准确性；
长期运行数据积累，分析漂移趋势，制定检修与更换计划。

六、典型应用案例

6.1 压水堆核电站蒸汽发生器

一回路出口温度监测：Inconel 690护套PT100，配合堆芯功率控制系统，保证出口温度在安全限值内；
二回路蒸汽温度监测：316L护套PT100，用于汽水分离器后蒸汽过热度控制，防止汽轮机叶片水蚀。

6.2 大型火电蒸汽发生器

主蒸汽温度测量：多点布置PT100，配合喷水减温系统，保证蒸汽温度稳定在额定值；
省煤器出口水温：监测给水预热效果，优化锅炉效率。

6.3 化工与石化余热锅炉

工艺气-蒸汽换热段温度监测：耐腐蚀PT100（哈氏合金护套）用于腐蚀性工艺气环境，确保蒸汽品质。

七、选型与设计建议

按回路与介质选材：一回路侧重耐高压与硼酸腐蚀，二回路侧重耐蒸汽与去离子水腐蚀；
全密封与无机绝缘：避免蒸汽或水渗入内部，确保长期绝缘与稳定性；
冗余与多样性：关键温度点采用双支不同原理传感器（如PT100+热电偶）提高安全性；
安装与维护便利性：在可检修位置布置，减少停堆时间与人员辐照剂量（核电厂）；
定期校准与数据追溯：建立每台PT100的校准档案，结合运行数据进行趋势分析。

八、结论

蒸汽发生器PT100是集高温高压耐受、耐腐蚀、高稳定性与可标准化互换于一体的关键测温元件。通过合理的材料选择、全密封结构、优化安装与信号传输，它能够在SG复杂热工水力环境中长期可靠工作，为机组的安全、高效运行提供重要数据支撑。在核电、火电及化工余热利用等领域，蒸汽发生器PT100的可靠性与精度直接关系到系统性能与经济效益，其技术价值与工程意义十分突出。