大型臥式高壓加熱器結構特點淺談

胡志剛

摘要：大型設備的輕量化設計方法，是設備制造企業提高市場競爭力的重要措施之一。作為回熱系統中常見的重要設備，高壓加熱器運行中出現故障會直接影響整套機組的運行經濟性。本文簡述了大型臥式高壓加熱器水室部分、管束部分的主要結構和給水入口端、U形管尾部結構、導向裝置、支座等部件的結構特點。

關鍵詞：臥式；高壓加熱器；結構；特點

1導言

隨著我國發電設備單機容量的不斷擴大，電站輔機設備的發展方向已日趨高參數和大型化，大型臥式壓加熱器大都采用全焊接、U形管管板式的結構，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、支承結構4大部件組成。作為回熱系統重要的輔助設備之一，高壓加熱器對電廠的可靠運行起著重要作用。一旦其在運行中出現故障，就會造成換熱效果不佳、溫升不夠，進入鍋爐的給水溫達不到要求，增加電廠運行成本。

2高壓加熱器的原理

三門核電每個機組有4臺高壓加熱器，加熱器的結構采用的為U型管殼式換熱器。U型管換熱器是管殼式換熱器的結構類型之一，管殼式換熱器是由一個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行換熱的換熱器。高壓加熱器的給水走加熱器管側，經過U型管加熱后排出，給水流是下進上出設計；高壓缸抽汽通過抽汽管線進入高壓加熱器殼側，沖擊管束外圍的防沖板后向上部兩側空間沿傳熱管方向擴散，最后沿管束垂直方向向下經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。根據高壓加熱器系統的運行條件與設計效率等，要求高壓加熱器具有如下設計特點：溫差應力小，傳熱面積裕量大，管束設有防振措施強度可靠，管子與管板脹接與焊接質量穩定，效率高等。

3高壓加熱器的結構設計

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，U形管式熱交換器的特點是可承受較高的運行參數，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，所以無熱應力，相對于其它型式的熱交換器，運行的安全性更高，故高參數的高壓加熱器，常選用U形管式加熱器。

3.2直連設計

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，檢修設備時，可沿著殼體的切割線，分離殼程圓筒，抽出殼體后，即可進行檢維修。這種方式較適合介質為非易爆的設備，在檢修時，可避免因切割設備而引發介質燃爆的事故。

4大型臥式高壓加熱器結構分析

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力作用，結構變化平緩均勻，應力集中傾向較小。人孔采用了伍德密封這種高壓自緊密封結構，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。因此為了預防以上故障的發生，設計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行滿焊，并進行相應的無損檢測，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）水室分隔結構采用柔性連接結構，如：在隔板外面加罩殼，既避免了剛性連接結構在運行中由于給水進出口壓差、熱膨脹或沖擊等造成的分隔結構撕裂的缺點，又可有效防止水室短路而引起給水端差偏高。（3）設計合理的水室尺寸、給水進出口位置與大小及管程流速，避免和降低管端沖蝕。（4）給水進口側增加防沖裝置，在管板上的U形管口內加裝不銹鋼防沖內襯管，或是采用多孔穩流板、鎮流板、柵形板及多孔壓板等裝置來對不銹鋼防沖內襯管進行輔助保護，都有顯著的效果。但是，后者存在結構設計復雜的問題。（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運行

設計正常水位的位置是一個靜態水位，加熱器投入正常運行時，會產生一個虛假的水位，這個水位是低于實際水位的。因此需要監視疏水端差和給水溫度來確定實際正常水位，調整的原則是逐漸提高加熱器水位，保持每次的提升量，當疏水出口溫度最低，給水溫度不下降時，即確定這是一個最佳水位；或者以高水位或高水位上限開始，水位逐漸分段下降，每段須使運行參數穩定后，在測量其下端差，疏水出口壓力和其他參數，水位開始降低時，疏水出口溫度緩慢上升，疏水出口壓力基本保持不變；當水位降到某一臨界點，就會出現一個轉折點，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長度方向布置，這些管支撐板支撐著管束并引導蒸汽流沿著管束90°轉折流過管子，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構，為保證其焊縫質量，焊縫都經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，可使其運行階段能夠自由膨脹。高壓加熱器殼體都采用全焊接結構，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械式堵管，三門核電目前核島內重要換熱器采用了機械式堵管方法，常規島系統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行簡單介紹，首先需要根據渦流檢測的結果，在傳熱管布置圖確認需要堵管的進口管和出口管；然后標記堵管對象，在需要堵管的管子進口和出口用白色記號筆分別標記。在做標記前需將管子吹掃干，并通過向出口管通氣的方法確認進出口管標記是否正確。

（1）對需要堵管的管子周圍封住，防止焊接時損傷周圍的管孔和管板面。若傳熱管已經發生泄漏，則需要在泄漏管周圍安裝臨時堵塞。（2）用錐形鉸刀對目標管進行鉸孔。鉸刀截面離管板面4mm時停止鉸孔。鉸孔加工時使用圓柱塞規，并用清潔器及時清除切削物。測量鉸孔后的內徑尺寸，確認圓度。（3）堵頭形狀為錐形堵頭，材質為TP304L，堵頭大端打一沉孔，可減少焊接產生的應力。

結束語

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，還應當從結構方面考慮影響加熱器傳熱的情況，因此，應在各個環節嚴把質量關，預防問題出現，提高其運行效率。

參考文獻

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[2]戴建光，范金艷，于本水.300MW機組高壓加熱器結構特點分析[J].科技與生活，2012，（09）.

（作者單位：青島暢隆電力設備有限公司）