300MW機(jī)組高壓加熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

摘要 本文簡要介紹了300 MW機(jī)組高壓加熱器發(fā)展概況及給水入口端、過熱蒸汽出口端、疏水冷卻段入口部、上級(jí)疏水入口等部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 300 MW機(jī)組；高壓加熱器；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；分析

中圖分類號(hào) TK264 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)051-0150-01

1 水室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高加泄漏的一個(gè)主要泄漏點(diǎn)是高加管系給水入口端的泄漏，其產(chǎn)生的主要原因是由于管端侵蝕和焊脹不當(dāng)造成的。產(chǎn)生侵蝕的原因現(xiàn)已很清楚，為了避免或降低管端沖蝕的強(qiáng)度，從設(shè)計(jì)上主要考慮了以下幾個(gè)方面：1）降低水室的紊流度，這包括合理的水室尺寸，給水進(jìn)口位置，水室、管束內(nèi)的流速；2）改善給水管入口處結(jié)構(gòu)，降低產(chǎn)生束流和渦流的程度；再次，改善管子與管板的連接方式；3）選擇合理的管束材料等。合理的水室尺寸是降低水室紊流度的一個(gè)重要因素，較深較大的水室使得管端遠(yuǎn)離進(jìn)口渦流區(qū)，降低渦流對(duì)管端的影響，但同時(shí)會(huì)帶來制造成本的增加，因此合理的水室結(jié)構(gòu)，加上有效的輔助措施才是解決問題的方法。

給水入口整流筒是消除水入口渦流的有效措施之一，但是這一措施對(duì)于采用球形封頭型高加來說，所取得的效果并不是十分的顯著，因?yàn)榧幢悴捎昧嗽摯胧?，那些采用球形封頭型高加在管板靠近整流筒的位置處還存在明顯的沖蝕現(xiàn)象。針對(duì)這一問題，當(dāng)前很多部門多采用多孔穩(wěn)流板、鎮(zhèn)流板、多孔壓板以及柵形板等設(shè)備來對(duì)不銹鋼防磨套管進(jìn)行輔助，這一舉措取得了非常顯著的效果。但是，這種措施卻存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜的問題，以至于使管端入口束流問題不能從根本上得到徹底的解決。

另外，影響管端沖蝕泄漏的另一個(gè)重要因素就是管子和管板的焊接方式問題。按焊接形式的不同可以把焊接劃分為凸口、平口和凹口焊這三種不同的焊接方式，其中平口多為密封焊，而凹口和凸口則用于一般強(qiáng)度焊。在20世紀(jì)70年代和80年代期間，應(yīng)用比較廣泛的是凹口焊接，近些年，國內(nèi)外在一些大型加熱器焊接中還多是采用的凹口焊接。凹口焊接技術(shù)的應(yīng)用，可以使焊接缺陷在最大限度得到有效的控制，另外，由于凹口焊縫在給水入口部位的流型好、阻力小，因此凹口焊接技術(shù)對(duì)防止入口束流是非常有效的。相比較另外兩種焊接方式，凹口焊接具有操作簡易的特點(diǎn)，但同時(shí)該焊接方式由于要使用的管子金屬熔融比較多，管板上堆焊金屬熔化少，以至于在焊接時(shí)就比較容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。恰好相反，凸口焊的堆焊層材料熔化多，而且焊縫一般不會(huì)出現(xiàn)缺陷，因此產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力就相對(duì)比較小。

日本東芝公司多年的實(shí)踐和研究經(jīng)驗(yàn)，被東鍋成功借鑒并應(yīng)用在防止高加管子給水入口沖蝕上，他們的管板結(jié)構(gòu)為碗型，使水室空間增大，給水入口管遠(yuǎn)離了管端。采用內(nèi)凹焊接管板與管子，給水流線較好，使束流對(duì)于管端入口的沖擊減輕，加之孔整流壓板采用喇叭形設(shè)計(jì)，且耐沖蝕，厚度較好，對(duì)不銹鋼防磨套管起輔助作用，使入口防沖蝕結(jié)構(gòu)非常完整。

2 蒸汽冷卻段出口部

損壞現(xiàn)象較為普遍的管子是，高加蒸汽冷卻段出口處和凝結(jié)段第一塊隔板之間處，流速過快的汽流是造成損壞的主因，汽水沖刷時(shí)含有水霧的蒸汽更易造成管子損壞。水霧的成因多為溫度過低的蒸汽導(dǎo)致增加了濕度所致。所以，除了需要認(rèn)真校核各負(fù)荷，對(duì)蒸汽出口的過熱度進(jìn)行充分考慮外，還要盡量使管子不直接受到蒸汽的沖蝕，在凝結(jié)段快速均勻地分布蒸汽，以實(shí)現(xiàn)使換熱效率提高、防沖蝕的目的?？梢越梃b外國一些制造廠商的經(jīng)驗(yàn)，比如ABB公司為了使管子不直接受到來自蒸汽出口的沖蝕，將蒸汽通道設(shè)置在關(guān)系中間，此結(jié)構(gòu)可以使換熱管避免被蒸汽直接沖蝕到，不過比較笨重是這種蒸汽通道的不足之處，消耗較多量金屬，也具有較大阻力，對(duì)設(shè)備的換熱效率嚴(yán)重影響。

3 疏水冷卻段入口部

另一種普遍存在的管束被汽水侵蝕位置，是疏水冷卻段入口附近和入口處，高加運(yùn)行因素與此有關(guān)。當(dāng)高加運(yùn)行和設(shè)計(jì)都比較良好時(shí)，無論何種情況，疏水均應(yīng)完全淹沒疏水冷卻段入口，疏水流量應(yīng)該是設(shè)計(jì)疏水通道時(shí)的考量依據(jù)。當(dāng)汽水流速會(huì)因兩相流動(dòng)情況的出現(xiàn)而加快，進(jìn)而沖蝕和震動(dòng)管束。高加會(huì)因汽水兩相流動(dòng)而受到?jīng)_蝕性傷害，此種情況應(yīng)盡量避免。

無水位和低水位情況下，疏水段進(jìn)入未凝結(jié)的疏水和蒸汽，是造成汽水兩相流動(dòng)沖蝕的成因。因過小的疏水段入口通道造成的過快流速所帶來的過大壓力，是又一原因。由此可見，無水位或低水位運(yùn)行的情況應(yīng)該杜絕，同時(shí)要把各種因素所產(chǎn)生的影響也考慮在設(shè)計(jì)之中。杜絕產(chǎn)生汽水兩相流動(dòng)。在制訂高壓加熱器正常水位時(shí)，應(yīng)將各方面因素綜合考慮進(jìn)去，避免發(fā)生汽水沖蝕現(xiàn)象應(yīng)是最重要的。

4 高加蒸汽冷卻段、疏水冷卻段

高效傳熱的進(jìn)行，有賴于使用了過熱蒸汽冷卻段、高壓加熱器疏水冷卻段、疏水冷卻段和高加蒸汽冷卻段。用包殼板將整體密封起來，是疏水冷卻段的特點(diǎn)，而且在為疏水出口區(qū)設(shè)計(jì)獨(dú)特的疏水室結(jié)構(gòu)，在不斷提高疏水段的密封性和裝配質(zhì)量的同時(shí)，從根本上避杜絕因結(jié)構(gòu)原因所導(dǎo)致的疏水沖蝕問題。另外，疏水冷卻段在計(jì)算時(shí)考慮了包括邊緣渦流以及包殼板回?zé)岬仍趦?nèi)的一系列問題所引起的傳熱偏差問題，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了傳熱修正的計(jì)算，進(jìn)而有效提高了疏水冷卻段傳熱的精確度；相比較疏水冷卻段，過熱蒸汽冷卻段里邊的蒸汽往往是以逆流或逆、順流相混合的方式進(jìn)行流動(dòng)換熱，通過這一機(jī)制實(shí)現(xiàn)降低阻力損失和良好的熱交換效果，進(jìn)而不斷提高機(jī)組的熱效率。

5 凝結(jié)段傳熱和不凝結(jié)氣體排出

高壓加熱器的主要傳熱區(qū)就是蒸汽凝結(jié)段，其中蒸汽凝結(jié)段的設(shè)計(jì)采用了類似矩形的隔板設(shè)計(jì)方法，不僅加快了蒸汽通過蒸汽通道的速度，增大了蒸汽流動(dòng)的空間，而且在根本上杜絕了高速蒸汽和它的凝結(jié)水珠因撞擊管子外表面所容易導(dǎo)致的坑蝕現(xiàn)象。蒸汽在凝結(jié)段在向心力的作用下流進(jìn)管束，并通過所配備的排氣裝置，連續(xù)不斷地將那些未能凝結(jié)的氣體排除去，從而避免管束遭受腐蝕，從根本上保證設(shè)備的傳熱效果。另外，蒸汽攜帶入加熱器內(nèi)的空氣的數(shù)量雖然有限，但由于這些空氣的不斷流入，以至于使這些未能凝結(jié)的氣體容易在管子外壁的凝結(jié)水膜位置處形成一個(gè)氣體層，從而使蒸汽擴(kuò)散到凝結(jié)水的速度得到削減，使氣體的傳熱熱阻得到顯著的提高，就在很大程度上影響了

設(shè)備的傳熱效果。顯然，充分地排放不凝結(jié)氣體對(duì)提高加熱器的傳熱效果是非常重要的。目前，我國為了能夠使加熱器內(nèi)部的不凝結(jié)氣體充分的排除來，很多的高壓加熱器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上都充分考慮了凝結(jié)水對(duì)排氣管的影響。

6 上級(jí)疏水入口保護(hù)裝置

一般而言，管束最容易損壞的部位就是受蒸汽和疏水直接沖擊的部位，為了有效預(yù)防這些區(qū)域受損，通常會(huì)將不銹鋼防沖板設(shè)置在入口區(qū)，盡管如此，還不能從根本上解決問題，仍然普遍存在侵蝕管束的現(xiàn)象。深究得知，當(dāng)高壓加熱器壓力級(jí)別較低時(shí)，來自上級(jí)的疏水汽化得非常迅速，高速氣流不斷加劇了水滴的運(yùn)動(dòng)速度所致。所以，防護(hù)區(qū)域擴(kuò)大、擴(kuò)容空間夠大是設(shè)計(jì)上級(jí)疏水入口保護(hù)裝置時(shí)需要認(rèn)真考慮的要素。這樣，侵蝕情況就不會(huì)來自于上級(jí)疏水入口了。

7 水位指示接口位置

主要有兩個(gè)因素是水位指示接口位置導(dǎo)致加大水位差：第一是未能適當(dāng)操作安裝設(shè)計(jì)水位計(jì)，解決此種問題可采取控制和改進(jìn)安裝技術(shù)的辦法；二是存在有假水位指示現(xiàn)象，導(dǎo)致這一問題產(chǎn)生的原因比較多樣化，需要具體問題具體分析。因此，可以看出，為了有效解決水位相差較大的問題，合理設(shè)計(jì)加熱器接口的位置，有效控制殼體內(nèi)壓差及流動(dòng)不均勻等因素對(duì)水位所造成的影響。日本東芝公司在這方面具有非常豐富的經(jīng)驗(yàn)，并在其設(shè)計(jì)中有詳細(xì)的規(guī)定，引進(jìn)型高加也將充分考慮東芝公司的經(jīng)驗(yàn)和國內(nèi)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證流體介質(zhì)穩(wěn)定測量和讀數(shù)具有代

表性。

參考文獻(xiàn)

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