設(shè)冷水板式換熱器外漏原因分析與處理

引言

核電廠設(shè)備冷卻水換熱器主要功能是為核島各類型輔助設(shè)備的冷卻器提供冷卻水,帶走核輔助設(shè)備排出的熱量,并通過設(shè)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(diǎn)。由于在板內(nèi)流速很低的情況下就能達(dá)到湍流流動(dòng),同時(shí)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(qiáng)。

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

1板式換熱器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

本電廠設(shè)冷水換熱器采用板式結(jié)構(gòu),設(shè)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(shè)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(shè)備冷卻水系統(tǒng)。如圖1所示,設(shè)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(dòng)側(cè)壓緊板、支柱、下導(dǎo)軌、上導(dǎo)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(jìn)出的管口,上下有燕尾掛槽。板片逐片層疊在一起,掛在上導(dǎo)軌和下導(dǎo)軌之間,然后使用夾緊螺栓固定在活動(dòng)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(fù)雜流道,增加了流道對(duì)流體的擾動(dòng),使流體一直保持在湍流狀態(tài),從而實(shí)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(yùn)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(dǎo)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(xì)的雜物都會(huì)引起外漏:夾緊螺栓緊固不到位:板片安裝懸掛錯(cuò)誤,此缺陷往往水壓試驗(yàn)或啟動(dòng)時(shí)就會(huì)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(guān)閉,可能導(dǎo)致?lián)Q熱器的暫時(shí)外漏。一般情況下,外漏會(huì)隨著熱介質(zhì)投運(yùn),換熱器兩側(cè)溫度趨于穩(wěn)定而逐漸消失。2.2設(shè)冷水板式換熱器外漏原因分析和處理

三門核電廠設(shè)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(tái)次外漏的情況,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(cuò)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(chǎng)膠條時(shí)間過長(zhǎng),橡膠彈性降低,一旦設(shè)備內(nèi)堵塞壓力過高,就容易導(dǎo)致憋壓外漏。在板式熱交換器運(yùn)行及檢修中發(fā)現(xiàn),隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的累積,加上檢修時(shí)對(duì)板片的拆裝,密封膠條會(huì)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(huì)造成板式熱交換器運(yùn)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(yàn)不合格,造成設(shè)備缺陷率高,并增加檢修工作量。發(fā)生膠條老化時(shí),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(chǎng)拆卸的一臺(tái)換熱器實(shí)際運(yùn)行時(shí)間較短,但是內(nèi)部清洗前泥沙較多,容易導(dǎo)致海水進(jìn)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(xiàng)方案,順利解決了換熱器多臺(tái)次外漏的問題。

(1)改進(jìn)板片的清洗方式,采用高壓水槍和長(zhǎng)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(fēng)險(xiǎn),并減少清洗時(shí)間,提高清洗質(zhì)量和效率:

(2)在滿足設(shè)計(jì)規(guī)格書要求的前提下,比對(duì)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(yùn)行期間觀察并記錄換熱器的壓差走勢(shì),推算出換熱器需要做預(yù)防性維修清洗的頻率頻度,定期進(jìn)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(shù)

在日常運(yùn)行過程中,為了防止海水側(cè)板片間淤泥堵塞嚴(yán)重,需定期進(jìn)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(jìn)口側(cè)通孔進(jìn)行清洗。

根據(jù)對(duì)投運(yùn)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(yán)重。

圖2為堵塞嚴(yán)重的換熱器,整個(gè)板片間溫度無明顯變化,這說明換熱器并未進(jìn)行有效的熱交換。圖3為另外一平運(yùn)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(yán)重的熱成像圖

圖3內(nèi)部無嚴(yán)重堵塞的熱成像圖

3結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)設(shè)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(chǎng)實(shí)際情況提出了應(yīng)用熱成像技術(shù)來判斷堵塞情況,制定了對(duì)應(yīng)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(dǎo)致板式換熱器外漏的根本原因制定了相關(guān)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(shè)冷水板式換熱器外漏的維修經(jīng)驗(yàn),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(yàn)和借鑒。