设冷水板式换热器外漏原因分析与处理

引言

核电厂设备冷却水换热器主要功能是为核岛各类型辅助设备的冷却器提供冷却水,带走核辅助设备排出的热量,并通过设冷水换热器将这些热量排至厂用水系统的海水中。板式换热器是一种新型高效的换热器,具有紧凑、高性能的优点。由于在板内流速很低的情况下就能达到湍流流动,同时传热系数k值比管壳式换热器高3~5倍,板式换热器的传热性能大大增强。

本文主要研究板式换热器的外漏原因和处理措施,通过对故障原因的分析,能够了解板式换热器外漏的形成机理,避免外漏的重复出现,保证换热器的正常运行,提高设备的安全性和可靠性。

1板式换热器的结构及特点

本电厂设冷水换热器采用板式结构,设备冷却水(除盐水)通过换热器的一侧,而厂用水(海水)通过换热器的另一侧。换热器的设备冷却水侧压力要高于厂用水侧的压力,以防止厂用水泄漏至设备冷却水系统。如图1所示,设冷水板式换热器是由波纹板片、橡胶密封条、固定侧压紧板、活动侧压紧板、支柱、下导轨、上导轨和夹紧螺栓等部件组成的。板片使用优质耐腐蚀钛合金薄板冲压而成,四角冲有供介质进出的管口,上下有燕尾挂槽。板片逐片层叠在一起,挂在上导轨和下导轨之间,然后使用夹紧螺栓固定在活动压紧板和固定压紧板之间,在换热器内部形成流道。板片上冲压而成的波纹形成复杂流道,增加了流道对流体的扰动,使流体一直保持在湍流状态,从而实现较高的换热效率。

图1板式换热器外形图

2板式换热器运行中出现外漏问题

2.1外漏原因

引起板式换热器外漏的主要原因有:密封条裂纹、脱落、老化,导致在原有夹紧力下无法密封:密封面夹有异物,甚至一根头发丝粗细的杂物都会引起外漏:夹紧螺栓紧固不到位:板片安装悬挂错误,此缺陷往往水压试验或启动时就会外漏。

需要指出的是:有一种外漏可以自行消除,通常发生在热介质温度较高的换热器上。较剧烈和突然的温度下降,比如将热介质突然关闭,可能导致换热器的暂时外漏。一般情况下,外漏会随着热介质投运,换热器两侧温度趋于稳定而逐渐消失。2.2设冷水板式换热器外漏原因分析和处理

三门核电厂设冷水板式换热器在调试期间经历过增减板片、更换板型(大角度板和小角度板)和排列方式的改造,在调试期间发生过多台次外漏的情况,根据现场实际和板片外漏情况分析后得出:

(1)由于板片多次拆装,造成悬挂孔变形,配完板片后部分板片上下错位,使密封可靠性降低。

(2)部分胶条为2009年生产,而兰石厂推荐的更换周期是8~10年,现场胶条时间过长,橡胶弹性降低,一旦设备内堵塞压力过高,就容易导致憋压外漏。在板式热交换器运行及检修中发现,随着设备运行时间的累积,加上检修时对板片的拆装,密封胶条会逐渐老化,回弹性减小,造成胶条密封不好,海水或闭式冷却水通过胶条密封处外漏。胶条老化不但会造成板式热交换器运行期间漏水,还容易引起板式热交换器检修回装后水压试验不合格,造成设备缺陷率高,并增加检修工作量。发生胶条老化时,必须更换板片,才能保证密封。

(3)海水侧水质较差,现场拆卸的一台换热器实际运行时间较短,但是内部清洗前泥沙较多,容易导致海水进口侧通道孔堵塞。

为解决以上问题,保证换热器安全可持续使用,在解体维修过程中编制专项方案,顺利解决了换热器多台次外漏的问题。

(1)改进板片的清洗方式,采用高压水枪和长柄刷等工具,挂式冲洗板片的清洗方式可有效解决板片拆解带来的折损板片风险,并减少清洗时间,提高清洗质量和效率:

(2)在满足设计规格书要求的前提下,比对拆除前压紧值,缩小压紧尺寸,将原来的尺寸缩小5mm,通过增加夹紧力矩的方式来避免外漏的发生:

(3)在运行期间观察并记录换热器的压差走势,推算出换热器需要做预防性维修清洗的频率频度,定期进行反冲洗,可以有效减少换热器的外漏形成因素。

2.3板式换热器堵塞热成像技术

在日常运行过程中,为了防止海水侧板片间淤泥堵塞严重,需定期进行海水侧反冲洗,可使用热成像仪观察内部换热情况,在反冲洗无效的情况下可以打开进口侧通孔进行清洗。

根据对投运状态下板式换热器的热成像[2]观察,发现板式换热器通道淤泥堵塞严重。

图2为堵塞严重的换热器,整个板片间温度无明显变化,这说明换热器并未进行有效的热交换。图3为另外一平运行状态较好的板式换热器,板间从上至下,温度有明显的下降,这说明换热比较充分有效。

图2内部堵塞严重的热成像图

图3内部无严重堵塞的热成像图

3结语

本文通过对设冷水板式换热器外漏原因的分析,并结合三门核电现场实际情况提出了应用热成像技术来判断堵塞情况,制定了对应的处理措施,为以后海水介质的板式换热器外漏处理提供了参考。三门核电根据导致板式换热器外漏的根本原因制定了相关操作方案,包括:定期反冲洗,防止泥沙淤积堵塞流道:定期更换胶条,保证密封可靠性:固化拆装、清洗、检)等维修工艺,提高维修质量。三门核电厂设冷水板式换热器外漏的维修经验,为同类工况环境下板式换热器的维修提供了宝贵的经验和借鉴。