大型臥式高壓加熱器結(jié)構(gòu)特點淺談

胡建娟

(華西能源工業(yè)股份有限公司，四川 自貢 643000)

高壓加熱器是發(fā)電廠回?zé)嵯到y(tǒng)中常見的重要設(shè)備之一，它利用汽輪機(jī)抽汽來加熱鍋爐給水，既提高了電廠的循環(huán)熱效率、節(jié)省了燃料，又對電廠的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起到了很重要的作用。隨著我國發(fā)電設(shè)備單機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，電站輔機(jī)設(shè)備的發(fā)展方向已日趨高參數(shù)和大型化，大型臥式壓加熱器大都采用全焊接、U形管管板式的結(jié)構(gòu)，與一般U形管換熱器相同，主要是由水室部分、管束部分、殼體部分、支承結(jié)構(gòu)4大部件組成，其中管束部分由U形換熱管、拉桿、定距管、包殼、頂板、底板等將整個換熱部分分為過熱段、飽和段和疏冷段三段。

1 水室部分

水室封頭采用半球形封頭，此種封頭主要承受薄膜應(yīng)力作用，結(jié)構(gòu)變化平緩均勻，應(yīng)力集中傾向較小。人孔采用了伍德密封這種高壓自緊密封結(jié)構(gòu)，很好地保證了密封性能、拆卸和檢修也很方便。

高壓加熱器故障有一部分來自于水室里面，主要為：（1）分程隔板泄漏，造成高壓加熱器給水“短路”；（2）分程隔板及緊固螺栓被沖壞，焊縫拉裂；（3）管端泄漏。

因此為了預(yù)防以上故障的發(fā)生，設(shè)計上主要考慮以下幾方面：（1）水室分程隔板組件由隔板、蓋板、門板及緊固件等組成，隔板與管板相焊接的地方進(jìn)行滿焊，并進(jìn)行相應(yīng)的無損檢測，蓋板與門板的連接采用盲孔螺紋連接形式，既方便檢修，又能有效地防止泄漏。（2）水室分隔結(jié)構(gòu)采用柔性連接結(jié)構(gòu)，如：在隔板外面加罩殼，既避免了剛性連接結(jié)構(gòu)在運(yùn)行中由于給水進(jìn)出口壓差、熱膨脹或沖擊等造成的分隔結(jié)構(gòu)撕裂的缺點，又可有效防止水室短路而引起給水端差偏高。（3）設(shè)計合理的水室尺寸、給水進(jìn)出口位置與大小及管程流速，避免和降低管端沖蝕。（4）給水進(jìn)口側(cè)增加防沖裝置，在管板上的U形管口內(nèi)加裝不銹鋼防沖內(nèi)襯管，或是采用多孔穩(wěn)流板、鎮(zhèn)流板、柵形板及多孔壓板等裝置來對不銹鋼防沖內(nèi)襯管進(jìn)行輔助保護(hù)，都有顯著的效果。但是，后者存在結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜的問題。（5）管板的厚度要保證足夠的剛性，管子與管板的焊接采用平口焊接，并采用液壓脹，焊后進(jìn)行高靈敏度氦檢漏，以保證管子與管板連接及密封可靠。

2 管束部分

高壓加熱器管束采用籠式整體結(jié)構(gòu)，既有較好的剛性，換熱管又能自由膨脹。管束根據(jù)傳熱區(qū)域不同，按需設(shè)置3個傳熱段，即過熱段、飽和段和疏冷段。設(shè)計時需要注意各個腔室分開，特別是過熱段和疏冷段一定要保證密封。

（1）過熱段采用罩殼、頂板、底板焊接的方式形成整個封閉式包殼空間，靠近管板的部分采用隔熱板，使過熱蒸汽與管板不接觸，蒸汽進(jìn)口處采用內(nèi)套管與包殼外部焊接再與接管焊接的插入式結(jié)構(gòu)，頂板處設(shè)置不銹鋼防沖擋板防止蒸汽沖刷管子，這種結(jié)構(gòu)更便于設(shè)備的組裝和焊接，也有效地阻止了蒸汽進(jìn)入飽和段。段內(nèi)設(shè)置上下缺口的折流板，過熱蒸汽在該段內(nèi)以逆流或逆、順混合的方式進(jìn)行換熱，不僅換熱效果良好，也有效地降低了阻力損失。蒸汽的出口區(qū)應(yīng)設(shè)有較大的蒸汽通道，即最后一塊折流板與飽和段第一塊隔板之間的距離盡可能大，避免蒸汽流速過快或溫度過低而帶有水汽造成出口區(qū)管子損壞，有效的保護(hù)管束。

（2）飽和段又叫蒸汽凝結(jié)段，是高壓加熱器主要的傳熱區(qū)，其剛性和穩(wěn)定性由拉桿、隔板和定距管維持，隔板是采用上下大開口的結(jié)構(gòu)型式，加快了蒸汽流通速度，增大了蒸汽的流動空間，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。為了阻止不凝氣體聚集在管子外部影響傳熱，該段管束中心處還設(shè)有先進(jìn)的排氣裝置貫穿整個飽和段，已達(dá)到排除不凝氣體，保護(hù)管子并確保換熱效果。

（3）疏冷段是一嚴(yán)密封閉的鋼結(jié)構(gòu)包殼，密封性要求很高，一旦發(fā)生泄漏，蒸汽就會進(jìn)入該段造成汽水混合沖刷管子，就容易造成管子破壞，因此所有焊縫均做了無損檢測，以確保焊縫的密封性。設(shè)計時應(yīng)注意以下2個方面：疏冷段端板的密封和疏水入口的大小及型式，兩者都是為防止蒸汽進(jìn)入疏冷段。疏冷段端板的密封常采用迷宮密封和管子脹接來達(dá)到密封效果，迷宮密封是讓蒸汽通過曲折迷宮間隙時產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)而達(dá)到阻漏的目的，管子與端板通過脹接也能達(dá)到密封的效果，但是后者一般用于疏冷段比較短才能實現(xiàn)；疏水入口處及其周圍存在的管束很容易被汽水侵蝕，疏水段入口的大小與疏水流量有關(guān)，原則上應(yīng)盡量大，設(shè)置水位時，最低水位也應(yīng)淹沒入口處，以避免蒸汽進(jìn)入段內(nèi)沖蝕管子。

3 管束尾部抗振結(jié)構(gòu)

對于大型臥式高壓加熱器，其管束尾部U形彎頭的彎曲半徑很大，容易發(fā)生晃動，可能造成管束損壞，因此在管束尾部U形管彎管處設(shè)置了抗振裝置，以提高整個管系的抗振能力與剛性。常用的裝置是將不銹鋼扁鋼條兩端各鉆一孔，插入管排之間，管束兩側(cè)用槽鋼固定，再用不銹鋼桿穿入孔中將U形彎頭固定住，用螺母鎖死，以防止其晃動。

4 管束導(dǎo)向裝置

由于管系質(zhì)量很大，為了在裝配或檢修時減少抽裝管系的困難，因此在管系底下裝設(shè)軸式導(dǎo)向滾輪或履帶式導(dǎo)向滾輪。導(dǎo)向滾輪結(jié)構(gòu)較簡單，往往采用多個一起使用，數(shù)量應(yīng)根據(jù)管系質(zhì)量和長度來確定，至少應(yīng)有3對以上；而履帶式導(dǎo)向滾輪與前者相比接觸面積較大，使大型臥式管系運(yùn)行中更穩(wěn)定，更能防止管系振動，缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，增加了制造的工作量，可根據(jù)具體情況選取。

5 支承結(jié)構(gòu)

設(shè)備支承形式采用鞍式支座，一端固定，一端滑動，固定端位于管板下側(cè)，滑動端位于靠近外殼尾部，中間設(shè)置一個滑動支座備著以便設(shè)備檢修時使用?；瑒又ё戮溆刑刂茲L輪，在現(xiàn)場安裝時，裝上滾輪即可沿水平軸向移動或側(cè)向移動，使高壓加熱器現(xiàn)場安裝就位更加容易。

6 結(jié)語

目前，大型臥式高壓加熱器的使用越來越廣泛，除了不斷提高加熱器的傳熱性能以外，還應(yīng)當(dāng)從結(jié)構(gòu)方面考慮影響加熱器傳熱的情況，因此，基于以上問題簡述，希望能預(yù)防和減少問題的出現(xiàn)，提高高壓加熱器的傳熱性能。