第三代核電AP1000機組高壓加熱器設計及運行特點介紹

摘 要：第三代核電AP1000機組的高壓加熱器回收汽輪機高壓缸的抽汽、汽水分離再熱器的疏水的熱量對給水加熱，提高了機組熱力循環的效率。本文簡述了AP1000核電高壓加熱器的工作原理與作用、構造與加工工藝、設計布置以及運行要求等內容。

關鍵詞：第三代核電AP1000機組；高壓加熱器；原理；工藝；設計；運行

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.017

AP1000核電機組屬于第三代核電非能動型壓水堆技術，運行更安全、經濟。常規島部分的高壓加熱器（簡稱高加）是第三代核電AP1000機組回熱系統中重要的給水加熱設備，對機組二回路運行的經濟性起到重要的作用。

1 高壓加熱器工作原理與作用

高加是AP1000機組二回路的系統設備，采用管板-U型管式的表面式換熱器。二回路給水流經管側，與殼側的汽輪機高壓缸抽汽、汽水分離再熱器疏水通過U型管壁進行傳熱，經加熱達到設計溫度，再進入蒸汽發生器與一回路冷卻劑換熱。加熱工質（飽和蒸汽）與被加熱工質（給水）相互不混合，飽和蒸汽放熱并逐漸凝結為過冷水經高加疏水口排出。

高加主要通過提高進入蒸汽發生器的給水溫度，回收汽輪機高壓缸抽汽、汽水分離再熱器疏水中的熱量，提高朗肯循環的熱效率，從而提高AP1000機組的經濟性。此外，高加還為排出高壓缸抽汽、汽水分離再熱器疏水中不凝結氣體提供排氣管道，從而保證加熱器的傳熱性能。

2 高壓加熱器構造與加工工藝

AP1000機組高加殼體為碳鋼，管束為TP439不銹鋼管，管板材料為20MnMoⅣ。管束與管板的連接均采用焊接加液壓脹接的工藝。每臺高加主要包括水室組件、管束組件和殼體。詳細結構如圖1所示：

（1）水室組件。水室組件包括水室內件、水室封頭、進水管、出水管以及人孔座。各項組件的加工工藝要符合高加技術的標準要求，嚴格控制工藝誤差，以免影響高加在核電機組中的運行效果[1]。

（2）管束組件。管束組件的加工是高加技術工藝的關鍵，管板、U型換熱管、隔板、管箱、支撐板等的加工工藝較多，如：深孔加工工藝、組立加工工藝、穿管加工工藝等，同時配合好脹接、焊接的方法，使換熱管壁與管板孔完全接合。管束組件中，采用氦檢漏的方法，保障管組的穩定性，同時清潔，維護管束組件的可靠性。

（3）殼體。AP1000機組高加殼體裝有加熱蒸汽入口管、疏水進出口管、安全閥接口、不凝結氣體出口管和儀表測量接管等。

（4）水壓試驗。為驗證高加的強度和密封性，需進行水壓試驗，試驗合格方能保障高加的熱力性能指標和強度安全指標滿足設計要求。水壓試驗盡量一次性合格，待水壓試驗完成后，采用干燥機清潔高加的水室側以及殼體側面。

3 高壓加熱器設計與布置

AP1000機組采用7級回熱循環，高壓加熱布置在第6、7級。兩級給水加熱兩列并聯布置，每列包含兩個串聯的臥式給水加熱器。每臺高加的殼體側均設有安全閥，防止超壓。設計在5%堵管率時高加的性能仍能滿足規定的性能參數要求，在達到10%堵管率前不需更換管束，且能夠滿足給水加熱與機組安全穩定運行的要求。高加在AP1000機組運行期間允許解列，解列時，主給水經旁路為蒸汽發生器提供給水。一列高加隔離后，另一列運行中的高加仍可通過75%的給水流量。正常情況下，汽水分離再熱器一級再熱器管側疏水流入汽水分離再熱器一級疏水箱，汽水分離再熱器二級再熱器管側疏水流入汽水分離再熱器二級疏水箱，然后均疏水到7號高加。正常運行時，7號高加水位由正常疏水調節閥控制，疏水逐級自流到6號高加，6號高加水位由正常疏水調節閥控制，疏水逐級自流到除氧器。在機組啟停低負荷階段及高加高水位等異常情況下，高加水位由緊急疏水調節閥控制，疏水到凝汽器。

AP1000機組高加管束為偏心布置，增加了凝結空間，保障了疏水冷卻段的水密封效果。為保障高加較高的傳熱效率，設計了排氣裝置，在機組運行過程中可連續排出不凝結氣體。排氣通過逐級排放的方式，最終集中排放到除氧器內。

4 高壓加熱器的運行要求

高加在啟動前期，需進行預加熱。除氧器內先充滿水，靠重力作用充滿高加的管路和管束，以實行預熱，期間要控制好管板的升溫速度，不能超過2.8℃/min，打開抽汽閥門時要緩慢，以實現均勻預熱。當機組在啟、停或其他瞬態工況時，高加內的工況也出現波動，此時要控制好高加給水的出口溫度，溫度變化速度不能超過2.8℃/min，以免發生異常問題。高加短期無須運行時要進行濕保養，長期停運要充氮保養，以維持高加的設備性能。核電機組運行事關核安全，當出現高加內壓力、給水出口溫度發生變化，疏水液位變化異常，負荷平穩時疏水流量、溫度突然變化等異常現象時，要及時采取措施，防止高加故障影響機組系統和設備的安全穩定運行。

5 結束語

本文簡述了第三代核電AP1000機組高壓加熱器的工作原理與作用、構造與加工工藝、設計與布置方式以及運行要求等技術內容，目的是從設計、制造、調試、運行角度幫助了解AP1000高加系統設備，認識其在AP1000機組系統設備運行中起到的作用，從而安全、經濟的運行AP1000核電機組。

參考文獻：

[1]王立昆，王新紅，劉銀河.AP1000核電機組高壓加熱器制造技術[J].壓力容器，2014（05）：75-78+35.

作者簡介：柏燁（1990-），女，陜西西安人，本科，研究方向：核電運行。