大型臥式高壓加熱器結構特點淺談

胡建娟

(華西能源工業股份有限公司，四川 自貢 643000)

高壓加熱器是發電廠回熱系統中常見的重要設備之一，它利用汽輪機抽汽來加熱鍋爐給水，既提高了電廠的循環熱效率、節省了燃料，又對電廠的安全穩定和經濟運行起到了很重要的作用。隨著我國發電設備單機容量的不斷擴大，電站輔機設備的發展方向已日趨高參數和大型化，大型臥式壓加熱器大都采用全焊接、U形管管板式的結構，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、支承結構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力作用，結構變化平緩均勻，應力集中傾向較小。人孔采用了伍德密封這種高壓自緊密封結構，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。

因此為了預防以上故障的發生，設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行滿焊，并進行相應的無損檢測，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）水室分隔結構采用柔性連接結構，如：在隔板外面加罩殼，既避免了剛性連接結構在運行中由于給水進出口壓差、熱膨脹或沖擊等造成的分隔結構撕裂的缺點，又可有效防止水室短路而引起給水端差偏高。（3）設計合理的水室尺寸、給水進出口位置與大小及管程流速，避免和降低管端沖蝕。（4）給水進口側增加防沖裝置，在管板上的U形管口內加裝不銹鋼防沖內襯管，或是采用多孔穩流板、鎮流板、柵形板及多孔壓板等裝置來對不銹鋼防沖內襯管進行輔助保護，都有顯著的效果。但是，后者存在結構設計復雜的問題。（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構，既有較好的剛性，換熱管又能自由膨脹。管束根據傳熱區域不同，按需設置3個傳熱段，即過熱段、飽和段和疏冷段。設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，蒸汽進口處采用內套管與包殼外部焊接再與接管焊接的插入式結構，頂板處設置不銹鋼防沖擋板防止蒸汽沖刷管子，這種結構更便于設備的組裝和焊接，也有效地阻止了蒸汽進入飽和段。段內設置上下缺口的折流板，過熱蒸汽在該段內以逆流或逆、順混合的方式進行換熱，不僅換熱效果良好，也有效地降低了阻力損失。蒸汽的出口區應設有較大的蒸汽通道，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管子損壞，有效的保護管束。

（2）飽和段又叫蒸汽凝結段，是高壓加熱器主要的傳熱區，其剛性和穩定性由拉桿、隔板和定距管維持，隔板是采用上下大開口的結構型式，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水珠因撞擊管子外表面所容易導致的坑蝕現象。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有先進的排氣裝置貫穿整個飽和段，已達到排除不凝氣體，保護管子并確保換熱效果。

（3）疏冷段是一嚴密封閉的鋼結構包殼，密封性要求很高，一旦發生泄漏，蒸汽就會進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。設計時應注意以下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到密封效果，迷宮密封是讓蒸汽通過曲折迷宮間隙時產生節流效應而達到阻漏的目的，管子與端板通過脹接也能達到密封的效果，但是后者一般用于疏冷段比較短才能實現；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，原則上應盡量大，設置水位時，最低水位也應淹沒入口處，以避免蒸汽進入段內沖蝕管子。

3 管束尾部抗振結構

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 管束導向裝置

由于管系質量很大，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軸式導向滾輪或履帶式導向滾輪。導向滾輪結構較簡單，往往采用多個一起使用，數量應根據管系質量和長度來確定，至少應有3對以上；而履帶式導向滾輪與前者相比接觸面積較大，使大型臥式管系運行中更穩定，更能防止管系振動，缺點是結構較復雜，增加了制造的工作量，可根據具體情況選取。

5 支承結構

設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，滑動端位于靠近外殼尾部，中間設置一個滑動支座備著以便設備檢修時使用。滑動支座下均配有特制滾輪，在現場安裝時，裝上滾輪即可沿水平軸向移動或側向移動，使高壓加熱器現場安裝就位更加容易。

6 結語

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，還應當從結構方面考慮影響加熱器傳熱的情況，因此，基于以上問題簡述，希望能預防和減少問題的出現，提高高壓加熱器的傳熱性能。