胡志刚

摘要：大型设备的轻量化设计方法，是设备制造企业提高市场竞争力的重要措施之一。作为回热系统中常见的重要设备，高压加热器运行中出现故障会直接影响整套机组的运行经济性。本文简述了大型卧式高压加热器水室部分、管束部分的主要结构和给水入口端、U形管尾部结构、导向装置、支座等部件的结构特点。

关键词：卧式；高压加热器；结构；特点

1导言

随着我国发电设备单机容量的不断扩大，电站辅机设备的发展方向已日趋高参数和大型化，大型卧式压加热器大都采用全焊接、U形管管板式的结构，与一般U形管换热器相同，主要是由水室部分、管束部分、壳体部分、支承结构4大部件组成。作为回热系统重要的辅助设备之一，高压加热器对电厂的可靠运行起着重要作用。一旦其在运行中出现故障，就会造成换热效果不佳、温升不够，进入锅炉的给水温达不到要求，增加电厂运行成本。

2高压加热器的原理

三门核电每个机组有4台高压加热器，加热器的结构采用的为U型管壳式换热器。U型管换热器是管壳式换热器的结构类型之一，管壳式换热器是由一个壳体和包含许多管子的管束组成，冷热流体之间通过管壁进行换热的换热器。高压加热器的给水走加热器管侧，经过U型管加热后排出，给水流是下进上出设计；高压缸抽汽通过抽汽管线进入高压加热器壳侧，冲击管束外围的防冲板后向上部两侧空间沿传热管方向扩散，最后沿管束垂直方向向下经过蒸汽冷凝段和疏水冷却段，冷凝成疏水从疏水管线排出高压加热器加热器，抽汽中的不凝性气体通过空气箱和抽气管线排出。根据高压加热器系统的运行条件与设计效率等，要求高压加热器具有如下设计特点：温差应力小，传热面积裕量大，管束设有防振措施强度可靠，管子与管板胀接与焊接质量稳定，效率高等。

3高压加熱器的结构设计

3.1选用U形管式热交换器

热交换器有浮头式热交换器、固定管板式热交换器、U形管式热交换器、填料函式热交换器等型式。每种类型的热交换器具有各自的特点，U形管式热交换器的特点是可承受较高的运行参数，而且，比固定管板加热器及浮头式加热器少1块管板。U形换热管的一端无约束，可自由热膨胀，所以无热应力，相对于其它型式的热交换器，运行的安全性更高，故高参数的高压加热器，常选用U形管式加热器。

3.2直连设计

3.2.1管程与壳程

管程、壳程与管板相连的方式，通常有3种形式。管板与壳程法兰、管程法兰相连接的形式，如图1所示。将管板延长段兼作法兰，并与管程法兰相连接的形式，如图2所示。管板与壳程圆筒、管程圆筒通过焊接相连接的形式，如图3所示。

在三种连接方式中，采用直连方式最为简洁，检修设备时，可沿着壳体的切割线，分离壳程圆筒，抽出壳体后，即可进行检维修。这种方式较适合介质为非易爆的设备，在检修时，可避免因切割设备而引发介质燃爆的事故。

4大型卧式高压加热器结构分析

4.1水室部分

水室封头采用半球形封头，此种封头主要承受薄膜应力作用，结构变化平缓均匀，应力集中倾向较小。人孔采用了伍德密封这种高压自紧密封结构，很好地保证了密封性能、拆卸和检修也很方便。

高压加热器故障有一部分来自于水室里面，主要为：（1）分程隔板泄漏，造成高压加热器给水“短路”；（2）分程隔板及紧固螺栓被冲坏，焊缝拉裂；（3）管端泄漏。因此为了预防以上故障的发生，设计上主要考虑以下几方面：（1）水室分程隔板组件由隔板、盖板、门板及紧固件等组成，隔板与管板相焊接的地方进行满焊，并进行相应的无损检测，盖板与门板的连接采用盲孔螺纹连接形式，既方便检修，又能有效地防止泄漏。（2）水室分隔结构采用柔性连接结构，如：在隔板外面加罩壳，既避免了刚性连接结构在运行中由于给水进出口压差、热膨胀或冲击等造成的分隔结构撕裂的缺点，又可有效防止水室短路而引起给水端差偏高。（3）设计合理的水室尺寸、给水进出口位置与大小及管程流速，避免和降低管端冲蚀。（4）给水进口侧增加防冲装置，在管板上的U形管口内加装不锈钢防冲内衬管，或是采用多孔稳流板、镇流板、栅形板及多孔压板等装置来对不锈钢防冲内衬管进行辅助保护，都有显著的效果。但是，后者存在结构设计复杂的问题。（5）管板的厚度要保证足够的刚性，管子与管板的焊接采用平口焊接，并采用液压胀，焊后进行高灵敏度氦检漏，以保证管子与管板连接及密封可靠。

4.2确保加热器在正常水位范围内运行

设计正常水位的位置是一个静态水位，加热器投入正常运行时，会产生一个虚假的水位，这个水位是低于实际水位的。因此需要监视疏水端差和给水温度来确定实际正常水位，调整的原则是逐渐提高加热器水位，保持每次的提升量，当疏水出口温度最低，给水温度不下降时，即确定这是一个最佳水位；或者以高水位或高水位上限开始，水位逐渐分段下降，每段须使运行参数稳定后，在测量其下端差，疏水出口压力和其他参数，水位开始降低时，疏水出口温度缓慢上升，疏水出口压力基本保持不变；当水位降到某一临界点，就会出现一个转折点，疏水出口温度急剧上升，疏水出口压力明显下降，说明水位不能淹没疏水入口处、已有蒸汽进入疏冷段，这样就可以从下到上确定正常水位，找到加热器最佳使用效果的水位。

4.3传热管的支撑板、折流板及壳体

加热器位于蒸汽冷凝段用于固定传热管的称为管支撑板，位于疏水冷却段的称为折流板。钢制管支撑板沿着整个长度方向布置，这些管支撑板支撑着管束并引导蒸汽流沿着管束90°转折流过管子，管支撑板借助滑块支撑板、滑块、挡板定位和固定。折流板一方面用于固定传热管，另一方面用于改变疏水流向，提高传热效率。高压加热器的壳体采用钢板焊接结构，为保证其焊缝质量，焊缝都经100%无损检查。壳体和水室焊接连接，为了便于壳体的拆移，还安装了吊耳及壳体滚轮，可使其运行阶段能够自由膨胀。高压加热器壳体都采用全焊接结构，壳体分别与管板与壳体封头焊接，高压加热器的壳体与壳体封头的材质均为碳钢，高压加热器封头为椭圆形。高压加热器壳体上有抽汽接管、疏水接管、排气接管、仪表接管等接头。

4.4高压加热器的堵管方法

换热器堵管方法主要包括两类，分别为焊接堵管与机械式堵管，三门核电目前核岛内重要换热器采用了机械式堵管方法，常规岛系统的换热器仍采用焊接式堵管，故高压加热器的堵管方法为焊接式堵管。下面就高压加热器的堵管方法进行简单介绍，首先需要根据涡流检测的结果，在传热管布置图确认需要堵管的进口管和出口管；然后标记堵管对象，在需要堵管的管子进口和出口用白色记号笔分别标记。在做标记前需将管子吹扫干，并通过向出口管通气的方法确认进出口管标记是否正确。

（1）对需要堵管的管子周围封住，防止焊接时损伤周围的管孔和管板面。若传热管已经发生泄漏，则需要在泄漏管周围安装临时堵塞。（2）用锥形铰刀对目标管进行铰孔。铰刀截面离管板面4mm时停止铰孔。铰孔加工时使用圆柱塞规，并用清洁器及时清除切削物。测量铰孔后的内径尺寸，确认圆度。（3）堵头形状为锥形堵头，材质为TP304L，堵头大端打一沉孔，可减少焊接产生的应力。

结束语

综上所述，目前，大型卧式高压加热器的使用越来越广泛，除了不断提高加热器的传热性能以外，还应当从结构方面考虑影响加热器传热的情况，因此，应在各个环节严把质量关，预防问题出现，提高其运行效率。

参考文献

[1]顾军.AP1000核电厂系统与设备.北京：原子能出版社，2010.

[2]戴建光，范金艳，于本水.300MW机组高压加热器结构特点分析[J].科技与生活，2012，（09）.

（作者单位：青岛畅隆电力设备有限公司）