胡志剛

摘要：大型設(shè)備的輕量化設(shè)計(jì)方法，是設(shè)備制造企業(yè)提高市場(chǎng)競(jìng)爭力的重要措施之一。作為回?zé)嵯到y(tǒng)中常見的重要設(shè)備，高壓加熱器運(yùn)行中出現(xiàn)故障會(huì)直接影響整套機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。本文簡述了大型臥式高壓加熱器水室部分、管束部分的主要結(jié)構(gòu)和給水入口端、U形管尾部結(jié)構(gòu)、導(dǎo)向裝置、支座等部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：臥式；高壓加熱器；結(jié)構(gòu)；特點(diǎn)

1導(dǎo)言

隨著我國發(fā)電設(shè)備單機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，電站輔機(jī)設(shè)備的發(fā)展方向已日趨高參數(shù)和大型化，大型臥式壓加熱器大都采用全焊接、U形管管板式的結(jié)構(gòu)，與一般U形管換熱器相同，主要是由水室部分、管束部分、殼體部分、支承結(jié)構(gòu)4大部件組成。作為回?zé)嵯到y(tǒng)重要的輔助設(shè)備之一，高壓加熱器對(duì)電廠的可靠運(yùn)行起著重要作用。一旦其在運(yùn)行中出現(xiàn)故障，就會(huì)造成換熱效果不佳、溫升不夠，進(jìn)入鍋爐的給水溫達(dá)不到要求，增加電廠運(yùn)行成本。

2高壓加熱器的原理

三門核電每個(gè)機(jī)組有4臺(tái)高壓加熱器，加熱器的結(jié)構(gòu)采用的為U型管殼式換熱器。U型管換熱器是管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)類型之一，管殼式換熱器是由一個(gè)殼體和包含許多管子的管束組成，冷熱流體之間通過管壁進(jìn)行換熱的換熱器。高壓加熱器的給水走加熱器管側(cè)，經(jīng)過U型管加熱后排出，給水流是下進(jìn)上出設(shè)計(jì)；高壓缸抽汽通過抽汽管線進(jìn)入高壓加熱器殼側(cè)，沖擊管束外圍的防沖板后向上部兩側(cè)空間沿傳熱管方向擴(kuò)散，最后沿管束垂直方向向下經(jīng)過蒸汽冷凝段和疏水冷卻段，冷凝成疏水從疏水管線排出高壓加熱器加熱器，抽汽中的不凝性氣體通過空氣箱和抽氣管線排出。根據(jù)高壓加熱器系統(tǒng)的運(yùn)行條件與設(shè)計(jì)效率等，要求高壓加熱器具有如下設(shè)計(jì)特點(diǎn)：溫差應(yīng)力小，傳熱面積裕量大，管束設(shè)有防振措施強(qiáng)度可靠，管子與管板脹接與焊接質(zhì)量穩(wěn)定，效率高等。

3高壓加熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1選用U形管式熱交換器

熱交換器有浮頭式熱交換器、固定管板式熱交換器、U形管式熱交換器、填料函式熱交換器等型式。每種類型的熱交換器具有各自的特點(diǎn)，U形管式熱交換器的特點(diǎn)是可承受較高的運(yùn)行參數(shù)，而且，比固定管板加熱器及浮頭式加熱器少1塊管板。U形換熱管的一端無約束，可自由熱膨脹，所以無熱應(yīng)力，相對(duì)于其它型式的熱交換器，運(yùn)行的安全性更高，故高參數(shù)的高壓加熱器，常選用U形管式加熱器。

3.2直連設(shè)計(jì)

3.2.1管程與殼程

管程、殼程與管板相連的方式，通常有3種形式。管板與殼程法蘭、管程法蘭相連接的形式，如圖1所示。將管板延長段兼作法蘭，并與管程法蘭相連接的形式，如圖2所示。管板與殼程圓筒、管程圓筒通過焊接相連接的形式，如圖3所示。

在三種連接方式中，采用直連方式最為簡潔，檢修設(shè)備時(shí)，可沿著殼體的切割線，分離殼程圓筒，抽出殼體后，即可進(jìn)行檢維修。這種方式較適合介質(zhì)為非易爆的設(shè)備，在檢修時(shí)，可避免因切割設(shè)備而引發(fā)介質(zhì)燃爆的事故。

4大型臥式高壓加熱器結(jié)構(gòu)分析

4.1水室部分

水室封頭采用半球形封頭，此種封頭主要承受薄膜應(yīng)力作用，結(jié)構(gòu)變化平緩均勻，應(yīng)力集中傾向較小。人孔采用了伍德密封這種高壓自緊密封結(jié)構(gòu)，很好地保證了密封性能、拆卸和檢修也很方便。

高壓加熱器故障有一部分來自于水室里面，主要為：（1）分程隔板泄漏，造成高壓加熱器給水“短路”；（2）分程隔板及緊固螺栓被沖壞，焊縫拉裂；（3）管端泄漏。因此為了預(yù)防以上故障的發(fā)生，設(shè)計(jì)上主要考慮以下幾方面：（1）水室分程隔板組件由隔板、蓋板、門板及緊固件等組成，隔板與管板相焊接的地方進(jìn)行滿焊，并進(jìn)行相應(yīng)的無損檢測(cè)，蓋板與門板的連接采用盲孔螺紋連接形式，既方便檢修，又能有效地防止泄漏。（2）水室分隔結(jié)構(gòu)采用柔性連接結(jié)構(gòu)，如：在隔板外面加罩殼，既避免了剛性連接結(jié)構(gòu)在運(yùn)行中由于給水進(jìn)出口壓差、熱膨脹或沖擊等造成的分隔結(jié)構(gòu)撕裂的缺點(diǎn)，又可有效防止水室短路而引起給水端差偏高。（3）設(shè)計(jì)合理的水室尺寸、給水進(jìn)出口位置與大小及管程流速，避免和降低管端沖蝕。（4）給水進(jìn)口側(cè)增加防沖裝置，在管板上的U形管口內(nèi)加裝不銹鋼防沖內(nèi)襯管，或是采用多孔穩(wěn)流板、鎮(zhèn)流板、柵形板及多孔壓板等裝置來對(duì)不銹鋼防沖內(nèi)襯管進(jìn)行輔助保護(hù)，都有顯著的效果。但是，后者存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜的問題。（5）管板的厚度要保證足夠的剛性，管子與管板的焊接采用平口焊接，并采用液壓脹，焊后進(jìn)行高靈敏度氦檢漏，以保證管子與管板連接及密封可靠。

4.2確保加熱器在正常水位范圍內(nèi)運(yùn)行

設(shè)計(jì)正常水位的位置是一個(gè)靜態(tài)水位，加熱器投入正常運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)虛假的水位，這個(gè)水位是低于實(shí)際水位的。因此需要監(jiān)視疏水端差和給水溫度來確定實(shí)際正常水位，調(diào)整的原則是逐漸提高加熱器水位，保持每次的提升量，當(dāng)疏水出口溫度最低，給水溫度不下降時(shí)，即確定這是一個(gè)最佳水位；或者以高水位或高水位上限開始，水位逐漸分段下降，每段須使運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定后，在測(cè)量其下端差，疏水出口壓力和其他參數(shù)，水位開始降低時(shí)，疏水出口溫度緩慢上升，疏水出口壓力基本保持不變；當(dāng)水位降到某一臨界點(diǎn)，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，疏水出口溫度急劇上升，疏水出口壓力明顯下降，說明水位不能淹沒疏水入口處、已有蒸汽進(jìn)入疏冷段，這樣就可以從下到上確定正常水位，找到加熱器最佳使用效果的水位。

4.3傳熱管的支撐板、折流板及殼體

加熱器位于蒸汽冷凝段用于固定傳熱管的稱為管支撐板，位于疏水冷卻段的稱為折流板。鋼制管支撐板沿著整個(gè)長度方向布置，這些管支撐板支撐著管束并引導(dǎo)蒸汽流沿著管束90°轉(zhuǎn)折流過管子，管支撐板借助滑塊支撐板、滑塊、擋板定位和固定。折流板一方面用于固定傳熱管，另一方面用于改變疏水流向，提高傳熱效率。高壓加熱器的殼體采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，為保證其焊縫質(zhì)量，焊縫都經(jīng)100%無損檢查。殼體和水室焊接連接，為了便于殼體的拆移，還安裝了吊耳及殼體滾輪，可使其運(yùn)行階段能夠自由膨脹。高壓加熱器殼體都采用全焊接結(jié)構(gòu)，殼體分別與管板與殼體封頭焊接，高壓加熱器的殼體與殼體封頭的材質(zhì)均為碳鋼，高壓加熱器封頭為橢圓形。高壓加熱器殼體上有抽汽接管、疏水接管、排氣接管、儀表接管等接頭。

4.4高壓加熱器的堵管方法

換熱器堵管方法主要包括兩類，分別為焊接堵管與機(jī)械式堵管，三門核電目前核島內(nèi)重要換熱器采用了機(jī)械式堵管方法，常規(guī)島系統(tǒng)的換熱器仍采用焊接式堵管，故高壓加熱器的堵管方法為焊接式堵管。下面就高壓加熱器的堵管方法進(jìn)行簡單介紹，首先需要根據(jù)渦流檢測(cè)的結(jié)果，在傳熱管布置圖確認(rèn)需要堵管的進(jìn)口管和出口管；然后標(biāo)記堵管對(duì)象，在需要堵管的管子進(jìn)口和出口用白色記號(hào)筆分別標(biāo)記。在做標(biāo)記前需將管子吹掃干，并通過向出口管通氣的方法確認(rèn)進(jìn)出口管標(biāo)記是否正確。

（1）對(duì)需要堵管的管子周圍封住，防止焊接時(shí)損傷周圍的管孔和管板面。若傳熱管已經(jīng)發(fā)生泄漏，則需要在泄漏管周圍安裝臨時(shí)堵塞。（2）用錐形鉸刀對(duì)目標(biāo)管進(jìn)行鉸孔。鉸刀截面離管板面4mm時(shí)停止鉸孔。鉸孔加工時(shí)使用圓柱塞規(guī)，并用清潔器及時(shí)清除切削物。測(cè)量鉸孔后的內(nèi)徑尺寸，確認(rèn)圓度。（3）堵頭形狀為錐形堵頭，材質(zhì)為TP304L，堵頭大端打一沉孔，可減少焊接產(chǎn)生的應(yīng)力。

結(jié)束語

綜上所述，目前，大型臥式高壓加熱器的使用越來越廣泛，除了不斷提高加熱器的傳熱性能以外，還應(yīng)當(dāng)從結(jié)構(gòu)方面考慮影響加熱器傳熱的情況，因此，應(yīng)在各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，預(yù)防問題出現(xiàn)，提高其運(yùn)行效率。

參考文獻(xiàn)

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[2]戴建光，范金艷，于本水.300MW機(jī)組高壓加熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析[J].科技與生活，2012，（09）.

（作者單位：青島暢隆電力設(shè)備有限公司）