核電廠熱交換器污垢及污垢管理的對策

謝晉

摘要為了確保核電廠各項(xiàng)生產(chǎn)的安全，就必須加強(qiáng)核電廠熱交換器的管理，尤其是針對熱交換器因結(jié)垢問題引發(fā)的事故需要重點(diǎn)管理與預(yù)防，本文將對核電廠污垢與污垢熱阻對熱交換器傳熱性能的影響進(jìn)行分析，從化學(xué)控制、運(yùn)行穩(wěn)定控制與流速控制幾方面監(jiān)測，提出幾點(diǎn)污垢清洗策略，以確保熱交換器運(yùn)行更加穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞核電廠 熱交換器 污垢類型 傳熱性能

核電廠中，熱交換器是非常重要的設(shè)備之一，其運(yùn)行是否穩(wěn)定與安全將直接決定了核電廠運(yùn)行的穩(wěn)定與安全，但是熱交換器運(yùn)行當(dāng)中，傳熱面會積累非常多的污垢，從而將額外傳遞熱量阻力增大，降低了熱交換器傳熱性能，非常容易引發(fā)安全事故，由此，加強(qiáng)對熱交換器污垢的監(jiān)測與管理至關(guān)重要，下面將對相關(guān)內(nèi)容具體分析。

一、污垢與污垢熱阻對熱交換器影響

（一）污垢

熱交換器表面積累的非預(yù)想材料就是污垢，將對熱量正常傳遞起到阻礙作用，如果污垢厚度超過了0.018mm，將使總傳熱系數(shù)降低一半，同時(shí)將冷卻流體流動減少了，將流體流動壓差（DP）增大了。

（二）污垢熱阻對熱交換器性能影響

傳熱系數(shù)的倒數(shù)就是熱阻，即，R=1/k，如果熱交換器表面的污垢增多，會將總體的換熱系數(shù)改變，此時(shí)得到，R=（1/k）+Rf，污垢的熱阻為Rf，流速、流體性質(zhì)與溫度、設(shè)備結(jié)構(gòu)、運(yùn)行時(shí)間這些均會影響污垢熱阻大小。

二、核電廠熱交換器污垢管理方法

（一）加強(qiáng)預(yù)防，將污垢產(chǎn)生源頭消除

首先，在核電廠設(shè)計(jì)與設(shè)備安裝階段，需要優(yōu)化選擇熱交換器進(jìn)出口流體管材，可以應(yīng)用高密度聚乙烯（HDPE）與雙相不銹鋼等防腐性能較好的材料，還可以在管道內(nèi)壁設(shè)置一層防污層；其次，與海水接觸的系統(tǒng)可以配置過濾裝置，包括固定式攔污柵、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、二次濾網(wǎng)等等，可以有效濾除泥沙、魚類與蝦類等水生生物；第三，定期使用殺菌劑，對微生物的生長進(jìn)行抑制，將生物污垢產(chǎn)生量減少，比如，閉式系統(tǒng)的熱交換器可以通過取樣對系統(tǒng)回路的PH限制進(jìn)行監(jiān)測，明確溶解量與聯(lián)氨含量，還可以使用緩蝕劑預(yù)防污垢。

（二）對熱交換器的運(yùn)行參數(shù)合理選擇

溫度與流速這些基本的運(yùn)行參數(shù)對污垢生成有著密切關(guān)系。首先，溫度容易對鹽類污垢與化學(xué)反應(yīng)污垢生成速率產(chǎn)生影響，由此，需要將傳熱面的溫度降低，進(jìn)而對污垢生成進(jìn)行預(yù)防與控制。其次，對流體的流速進(jìn)行調(diào)整，高流速可以控制任何形式的污垢產(chǎn)生，通過將換熱管中流速增大產(chǎn)生湍流與流體間的剪切力，這樣就能夠通過污垢剝蝕力將污垢生成速率降低。但是，實(shí)際生產(chǎn)中需要結(jié)合實(shí)際情況調(diào)整流速，如果隨意將流速增加容易將泵損耗增大，容易在傳熱管入口處出現(xiàn)腐蝕。由此，調(diào)整流速需要控制好調(diào)整范圍，以不增加損耗為前提。

（三）加強(qiáng)熱交換器的性能監(jiān)測，及早察覺結(jié)垢征兆

通過開展傳熱系數(shù)與熱阻系數(shù)、溫差或者壓差試驗(yàn)對熱交換器性能進(jìn)行監(jiān)測，然后依據(jù)監(jiān)測到的熱性能狀態(tài)，制定清洗與檢修方案。運(yùn)用熱交換器專項(xiàng)管理模式，可以對熱交換器分級與安全功能有效分析，從而考慮到熱交換器現(xiàn)場監(jiān)測的參數(shù)，使熱交換器性能判斷更加精準(zhǔn)，以及早對熱交換器結(jié)垢征兆進(jìn)行識別。

（四）應(yīng)用適合的清洗方法

首先，機(jī)械清洗，針對碳化污垢或者硬質(zhì)的污垢可以應(yīng)用這種清洗方法，熱交換器污垢類型與清洗方法間關(guān)系具體見下表1所示。

機(jī)械清洗對熱交換器有著較小的損傷，但是需要對熱交換器分解，較為麻煩，需要考慮成本優(yōu)化選擇。其次，化學(xué)清洗。化學(xué)清洗就是流體中添加酸物質(zhì)或者堿物質(zhì)，可以將污垢與換熱面結(jié)合力減少，從而使換熱面積中污垢自然消除。化學(xué)清洗不需要對設(shè)備解體，較機(jī)械清洗更加的簡單、方便，且成本較低，但是需要控制好清洗劑的用量，避免造成腐蝕。最后一種是在線清洗，是應(yīng)用凝汽器傳熱管清洗的方法，通過海綿球循環(huán)擦洗可以將沉著在凝汽器中的污垢清除，將傳熱管停堆期間機(jī)械清洗需求減少了，使維修費(fèi)用得以節(jié)省。

三、結(jié)語

在核電廠中，熱交換器是非常重要的設(shè)備，但是因污垢熱阻造成的熱交換傳熱性能降低已經(jīng)引發(fā)人們關(guān)注，需要從材料選擇、監(jiān)測與控制化學(xué)參數(shù)、控制熱交換器溫度、控制流速幾方面優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)而使污垢產(chǎn)生得到控制，選擇適合的清洗方法，使熱交換器運(yùn)行更加穩(wěn)定、安全。