【正文】 核電廠通用機(jī)械設(shè)備之四 換熱器 教員 :呂云彪 核電站員工基礎(chǔ)理論培訓(xùn)教材 換熱器的用途和類型 換熱器的用途 把一種介質(zhì)的熱量傳給另一種介質(zhì)的設(shè)備，都稱為換熱器。換熱器作為生產(chǎn)工藝過(guò)程不可缺少的設(shè)備廣泛用于各種領(lǐng)域 .在核電廠中作為主要設(shè)備的換熱器，數(shù)量眾多，型號(hào)各異， 如蒸汽發(fā)生器，低壓、高壓加熱器，冷凝器，冷卻器等 。 換熱器的類型 間壁式換熱器 : 間壁式換熱器的特點(diǎn)是冷、熱兩流體被固體壁面隔開(kāi)，不相混合，通過(guò)間壁進(jìn)行熱量的交換。主要形式有以下幾種 : 1)夾套式換熱器 (圖 － 1)。 2)蛇管式換熱器 (圖 － 2)。 3)套管式換熱器 (圖 － 2)。 4)列管式換熱器 . (續(xù) ) 混合式換熱器 這種類型的換熱器主要用于氣體的冷卻及蒸汽的冷凝，故又稱為混合式冷卻器或冷凝器。其特點(diǎn)是被冷凝（或冷卻）的蒸汽直接與水（或冷流體）接觸進(jìn)行換熱，因此傳熱效果好。必須指出，僅在允許冷、熱流體互相混合時(shí)，才能應(yīng)用混合式換熱器。 蓄熱式換熱器 蓄熱式換熱器又稱蓄熱器，器內(nèi)裝有固體填充物（如耐火磚等）。冷、熱流體交替地流過(guò)蓄熱器，利用固體填充物來(lái)積蓄和釋放熱量而達(dá)到換熱的目的 (如右圖所示 )。 (續(xù) ) 板式換熱器 板式換熱器主要由一組長(zhǎng)方形的薄金屬板構(gòu)成。兩相鄰板片的邊緣襯有墊片，壓緊后可以達(dá)到密封的目的，且可用墊片的厚度調(diào)節(jié)兩板間流體通道的大小。每塊板的四個(gè)角上，各開(kāi)一個(gè)圓孔，其中有兩個(gè)圓孔和板面上的流道相通，另外兩個(gè)圓孔則不相通，它們的位置在相鄰的板上是錯(cuò)開(kāi)的，以分別形成兩流體的通道。冷、熱流體交替地在板片兩側(cè)流過(guò)，通過(guò)金屬板片進(jìn)行換熱。每塊金屬板面沖壓成凹凸規(guī)則的波紋，以使流體均勻流過(guò)板面，增加傳熱面積，并促使流體的湍動(dòng)，有利于傳熱。圖 － 5所示，為大亞灣核電站核島設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（ RRI）采用的板式換熱器結(jié)構(gòu)圖。其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊、單位體積設(shè)備提供的傳熱面積大；總傳熱系數(shù)值高，如對(duì)低粘度液體的傳熱，值可高達(dá)7000 W/(m2℃ )；可根據(jù)需要增減板數(shù)以調(diào)節(jié)傳熱面積；檢修和清洗都較方便等。其缺點(diǎn)是：處理量不宜大；操作壓強(qiáng)比較低，一般低于 15 bar()，最高也不超過(guò) 20 bar；因受墊片耐熱性能的限制，操作溫度不能太高，一般對(duì)合成橡膠墊圈不超過(guò) 130℃ ，壓縮石棉墊圈也低于250℃ 。 圖 板式換熱器示意圖 列管式換熱器的類型及工作特性 列管式換熱器是目前工業(yè)生產(chǎn)中包括核電站應(yīng)用最廣泛的傳熱設(shè)備，主要優(yōu)點(diǎn)是單位體積所具有的傳熱面積大以及傳熱效果好。此外，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造的材料范圍較廣，因此，在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。 固定管板式 固定管板式換熱器如圖 － 1所示。所謂固定管板式即兩端管板和殼體連接成一體，因此它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn)。但是由于殼程不易檢修和清洗，因此殼方流體應(yīng)是較潔凈且不易結(jié)垢的物料。當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí)，應(yīng)考慮熱補(bǔ)償。圖 － 1為具有補(bǔ)償圈（或稱膨脹節(jié)）的固定管板式換熱器，即在外殼的適當(dāng)部位焊上一個(gè)補(bǔ)償圈，當(dāng)外殼和管束熱膨脹不同時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生彈性變形（拉伸或壓縮），以適應(yīng)外殼和管束的不同的熱膨脹程度。這種補(bǔ)償方法簡(jiǎn)單，但不宜用于兩流體的溫度差太大（應(yīng)不大于 70℃ ）和殼方流體壓強(qiáng)過(guò)高（一般不高于 6 bar）的場(chǎng)合。 列管式換熱器的類型及工作特性 U型管換熱器 U型管換熱器如圖 － 2所示。管子彎成 U型，管子的兩端固定在同一管板上，因此每根管子可以自由伸縮，而與其它管子和殼體均無(wú)關(guān)，故不受熱膨脹限制。這種型式換熱器僅一端有管板結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單，重量輕，適用于高溫和高壓的場(chǎng)合 ,核電站反應(yīng)堆回路和汽輪機(jī)回路的換熱器多為這種類型。其主要缺點(diǎn)是管內(nèi)清洗比較困難，因此管內(nèi)流體必須潔凈；且因管子需一定的彎曲半徑，故管板的利用率差些。 列管式換熱器的類型及工作特性 浮頭式換熱器 浮頭式換熱器如圖 － 3所示，兩端管板之一不與外殼固定連接，該端稱為浮頭。當(dāng)管子受熱（或受冷）時(shí)，管束連同浮頭可以自由伸縮，而與外殼的膨脹無(wú)關(guān)。浮頭式換熱器不但可以補(bǔ)償熱膨脹，而且由于固定端的管板是以法蘭與殼體相連接的，因此管束可從殼體中抽出，便于清洗和檢修，故浮頭式換熱器應(yīng)用較為普遍，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，金屬耗量較多，造價(jià)較高。 列管式換熱器的類型及工作特性 核電其他換熱設(shè)備 換熱設(shè)備在核電站中是主要設(shè)備，大亞灣核電站一回路中的蒸汽發(fā)生器為立式 U型管式換熱設(shè)備，二回路中的高、低壓加熱器為臥式 U型管式換熱設(shè)備，蒸汽冷凝器（凝汽器）則為管板式換熱設(shè)備?，F(xiàn)簡(jiǎn)介如下： 蒸汽發(fā)生器 其結(jié)構(gòu)如圖 － 4所示。它分上、下兩部分，下部直徑較?。?mm）為蒸發(fā)段，其中裝有 19的 U型管 4474根以及管板、支承板、管束圍板、流量分配擋板等；上部直徑比較大（ mm）為汽水分離段，內(nèi)裝旋流葉片式（離心式）汽水分離器及人字形機(jī)械擋板式干燥器等。下端為球形封頭，內(nèi)裝分隔板，將球形封頭分為進(jìn)口室和出口室。上端為橢圓形封頭，頂部設(shè)蒸汽出口。傳熱管材料為因科鎳，管徑為，管束排列為正方形，管束與管板的連接采用先焊后脹，確保其密封。 列管式換熱器的類型及工作特性 (續(xù) ) 傳熱量， MWth 969 總傳熱面積 : 5429 m2 管側(cè)設(shè)計(jì)壓力， Mpa 管側(cè)設(shè)計(jì)溫度 : 343 ℃ 管側(cè)運(yùn)行壓力， MPa 管側(cè)試驗(yàn)壓力 : MPa 熱介質(zhì)（反應(yīng)堆冷卻劑） 進(jìn)口溫度， ℃ 327 出口溫度， 293 ℃ 流量， m3/h 23790 殼側(cè)設(shè)計(jì)壓力， MPa 試驗(yàn)壓力， MPa 殼側(cè) 設(shè)計(jì)溫度， ℃ 343 蒸汽參數(shù) :壓力， MPa 溫度， ℃ 最大濕度，％ 流量（產(chǎn)量） t/h 1938 給水溫度， ℃ 262 尺寸與重量 上部汽水分離段直徑 4484 mm 下部蒸發(fā)段直徑， mm 3446 總高度， mm 20848 管板厚度， mm 555 無(wú)水總重， t 滿水總重， t 505 列管式換熱器的類型及工作特性 圖 － 5是大亞灣核電站二回路中的高壓加熱器結(jié)構(gòu)圖。二回路高壓加熱器的作用是利用汽輪機(jī)抽汽加熱高壓給水，以保證進(jìn)入蒸汽發(fā)生器的給水水溫。高壓加熱器的型式為臥式U型管式汽 — 水換熱器。加熱器直徑 ，長(zhǎng)度 。 U型加熱管為的不銹鋼管，管數(shù)為 2258根，管板為碳鋼，管束與管板的連接采用先焊后脹。兩端封頭均為凸形封頭。從結(jié)構(gòu)圖中可以看出，高壓加熱器的加熱介質(zhì)分別為蒸汽和疏水凝結(jié)液。在同一筒體內(nèi)，用殼程縱向隔板分成兩個(gè)加熱區(qū)，上部為蒸汽加熱區(qū)，下部為疏水凝結(jié)液加熱區(qū)。高壓給水走管內(nèi)，下進(jìn)上出。加熱蒸汽走管間上進(jìn)、下排冷凝液。疏水凝結(jié)液走下部管間，與高壓給水成逆流走向右進(jìn)左排。在筒體內(nèi)還有防沖板、管束支撐板、防震桿等換熱器輔助部件。 列管式換熱器的類型及工作特性 低壓給水加熱器是利用低壓缸抽汽加熱主凝結(jié)水（低壓給水）。它由四級(jí)加熱器組成。圖 － 6就是第四級(jí)低壓給水加熱器的結(jié)構(gòu)圖。 列管式換熱器的類型及工作特性 凝汽器（冷凝器） 凝汽器在核電站的主要功能和火電廠一樣是為汽輪發(fā)電機(jī)組提供一經(jīng)濟(jì)背壓，并且使機(jī)組在所規(guī)定的冷卻水溫度范圍和運(yùn)行條件下，安全可靠的運(yùn)行；滿足機(jī)組要求的熱力性能，冷凝所有進(jìn)入凝結(jié)器的蒸汽，保持凝結(jié)水質(zhì)，提供所需