引言

核電廠設備冷卻水換熱器主要功能是為核島各類型輔助設備的冷卻器提供冷卻水,帶走核輔助設備排出的熱量,并通過設冷水換熱器將這些熱量排至廠用水系統(tǒng)的海水中。板式換熱器是一種新型高效的換熱器,具有緊湊、高性能的優(yōu)點。由于在板內(nèi)流速很低的情況下就能達到湍流流動,同時傳熱系數(shù)k值比管殼式換熱器高3~5倍,板式換熱器的傳熱性能大大增強。

本文主要研究板式換熱器的外漏原因和處理措施,通過對故障原因的分析,能夠了解板式換熱器外漏的形成機理,避免外漏的重復出現(xiàn),保證換熱器的正常運行,提高設備的安全性和可靠性。

1板式換熱器的結(jié)構及特點

本電廠設冷水換熱器采用板式結(jié)構,設備冷卻水(除鹽水)通過換熱器的一側(cè),而廠用水(海水)通過換熱器的另一側(cè)。換熱器的設備冷卻水側(cè)壓力要高于廠用水側(cè)的壓力,以防止廠用水泄漏至設備冷卻水系統(tǒng)。如圖1所示,設冷水板式換熱器是由波紋板片、橡膠密封條、固定側(cè)壓緊板、活動側(cè)壓緊板、支柱、下導軌、上導軌和夾緊螺栓等部件組成的。板片使用優(yōu)質(zhì)耐腐蝕鈦合金薄板沖壓而成,四角沖有供介質(zhì)進出的管口,上下有燕尾掛槽。板片逐片層疊在一起,掛在上導軌和下導軌之間,然后使用夾緊螺栓固定在活動壓緊板和固定壓緊板之間,在換熱器內(nèi)部形成流道。板片上沖壓而成的波紋形成復雜流道,增加了流道對流體的擾動,使流體一直保持在湍流狀態(tài),從而實現(xiàn)較高的換熱效率。

圖1板式換熱器外形圖

2板式換熱器運行中出現(xiàn)外漏問題

2.1外漏原因

引起板式換熱器外漏的主要原因有:密封條裂紋、脫落、老化,導致在原有夾緊力下無法密封:密封面夾有異物,甚至一根頭發(fā)絲粗細的雜物都會引起外漏:夾緊螺栓緊固不到位:板片安裝懸掛錯誤,此缺陷往往水壓試驗或啟動時就會外漏。

需要指出的是:有一種外漏可以自行消除,通常發(fā)生在熱介質(zhì)溫度較高的換熱器上。較劇烈和突然的溫度下降,比如將熱介質(zhì)突然關閉,可能導致?lián)Q熱器的暫時外漏。一般情況下,外漏會隨著熱介質(zhì)投運,換熱器兩側(cè)溫度趨于穩(wěn)定而逐漸消失。2.2設冷水板式換熱器外漏原因分析和處理

三門核電廠設冷水板式換熱器在調(diào)試期間經(jīng)歷過增減板片、更換板型(大角度板和小角度板)和排列方式的改造,在調(diào)試期間發(fā)生過多臺次外漏的情況,根據(jù)現(xiàn)場實際和板片外漏情況分析后得出:

(1)由于板片多次拆裝,造成懸掛孔變形,配完板片后部分板片上下錯位,使密封可靠性降低。

(2)部分膠條為2009年生產(chǎn),而蘭石廠推薦的更換周期是8~10年,現(xiàn)場膠條時間過長,橡膠彈性降低,一旦設備內(nèi)堵塞壓力過高,就容易導致憋壓外漏。在板式熱交換器運行及檢修中發(fā)現(xiàn),隨著設備運行時間的累積,加上檢修時對板片的拆裝,密封膠條會逐漸老化,回彈性減小,造成膠條密封不好,海水或閉式冷卻水通過膠條密封處外漏。膠條老化不但會造成板式熱交換器運行期間漏水,還容易引起板式熱交換器檢修回裝后水壓試驗不合格,造成設備缺陷率高,并增加檢修工作量。發(fā)生膠條老化時,必須更換板片,才能保證密封。

(3)海水側(cè)水質(zhì)較差,現(xiàn)場拆卸的一臺換熱器實際運行時間較短,但是內(nèi)部清洗前泥沙較多,容易導致海水進口側(cè)通道孔堵塞。

為解決以上問題,保證換熱器安全可持續(xù)使用,在解體維修過程中編制專項方案,順利解決了換熱器多臺次外漏的問題。

(1)改進板片的清洗方式,采用高壓水槍和長柄刷等工具,掛式?jīng)_洗板片的清洗方式可有效解決板片拆解帶來的折損板片風險,并減少清洗時間,提高清洗質(zhì)量和效率:

(2)在滿足設計規(guī)格書要求的前提下,比對拆除前壓緊值,縮小壓緊尺寸,將原來的尺寸縮小5mm,通過增加夾緊力矩的方式來避免外漏的發(fā)生:

(3)在運行期間觀察并記錄換熱器的壓差走勢,推算出換熱器需要做預防性維修清洗的頻率頻度,定期進行反沖洗,可以有效減少換熱器的外漏形成因素。

2.3板式換熱器堵塞熱成像技術

在日常運行過程中,為了防止海水側(cè)板片間淤泥堵塞嚴重,需定期進行海水側(cè)反沖洗,可使用熱成像儀觀察內(nèi)部換熱情況,在反沖洗無效的情況下可以打開進口側(cè)通孔進行清洗。

根據(jù)對投運狀態(tài)下板式換熱器的熱成像[2]觀察,發(fā)現(xiàn)板式換熱器通道淤泥堵塞嚴重。

圖2為堵塞嚴重的換熱器,整個板片間溫度無明顯變化,這說明換熱器并未進行有效的熱交換。圖3為另外一平運行狀態(tài)較好的板式換熱器,板間從上至下,溫度有明顯的下降,這說明換熱比較充分有效。

圖2內(nèi)部堵塞嚴重的熱成像圖

圖3內(nèi)部無嚴重堵塞的熱成像圖

3結(jié)語

本文通過對設冷水板式換熱器外漏原因的分析,并結(jié)合三門核電現(xiàn)場實際情況提出了應用熱成像技術來判斷堵塞情況,制定了對應的處理措施,為以后海水介質(zhì)的板式換熱器外漏處理提供了參考。三門核電根據(jù)導致板式換熱器外漏的根本原因制定了相關操作方案,包括:定期反沖洗,防止泥沙淤積堵塞流道:定期更換膠條,保證密封可靠性:固化拆裝、清洗、檢)等維修工藝,提高維修質(zhì)量。三門核電廠設冷水板式換熱器外漏的維修經(jīng)驗,為同類工況環(huán)境下板式換熱器的維修提供了寶貴的經(jīng)驗和借鑒。