海水冷卻板式熱交換器高效率運(yùn)行的優(yōu)化措施

趙忠偉

江蘇核電有限公司 江蘇連云港 222042

1 目前的現(xiàn)狀

在電站換熱設(shè)備中，板式熱交換器憑借著其良好的耐腐蝕性能廣泛應(yīng)用于以海水作為冷卻水的各類(lèi)換熱系統(tǒng)中。但隨著近年來(lái)海水污染越來(lái)越嚴(yán)重，海生物堵塞、海生物附著成為影響板式熱交換器換熱性能下降的主要因素。為避免海水雜堵塞設(shè)備，國(guó)內(nèi)外沿海電站在設(shè)計(jì)上，在海水源頭設(shè)置有粗?jǐn)r污格柵、細(xì)攔污格柵、海水消波池、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)等設(shè)備，有效的海水過(guò)濾系統(tǒng)是確保電站機(jī)組可靠安全運(yùn)行的前提條件。為避免過(guò)濾后海生物進(jìn)一步生長(zhǎng)或附著在設(shè)備表面，在海水取水口及輸水沿線設(shè)置有加氯點(diǎn)，然而，隨著近些年來(lái)海水中海生物及其他雜物越來(lái)較多，傳統(tǒng)方式上的機(jī)械過(guò)濾和投運(yùn)加氯系統(tǒng)不能有效控制沿海電站海水冷卻系統(tǒng)海生物繁生和堵塞問(wèn)題。目前海水取水過(guò)濾系統(tǒng)主要設(shè)置在海水取水源頭及海水泵入口處，針對(duì)以海水作為冷卻水的板式熱交換器單獨(dú)設(shè)置的海水濾清潔系統(tǒng)的研究相對(duì)缺乏，集中式的海水處理往往引起以海水作為冷卻水的板式熱交換器的堵塞問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致熱交換器換熱效率下降嚴(yán)重。

2 問(wèn)題的驗(yàn)證

針對(duì)某電站某系統(tǒng)海水冷卻板式熱交換器換熱效率下降較快問(wèn)題，通過(guò)和除鹽水冷卻板式熱交換器換熱板解體清洗回裝后1年期間的污垢熱阻進(jìn)行了對(duì)比分析。海水冷卻板式熱交換器在夏季換熱板清洗回裝投運(yùn)后3個(gè)月內(nèi)污垢熱阻和海水側(cè)壓差迅速升高，海水冷卻板式熱交換器的污垢形成速度明顯高于除鹽水冷卻板式熱交換器，且基本不存在誘導(dǎo)期或延遲時(shí)間，在實(shí)際污垢熱阻高于理論值前不存在趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。

通過(guò)系統(tǒng)和設(shè)備的深入分析，發(fā)現(xiàn)換熱性能下降較快的原因?yàn)椋?/p>

2.1 板式熱交換器海水側(cè)流道堵塞

板式熱交換器的換熱板之間流道間隙為3.3mm，而用于攔截海水中海生物的位于熱交換器上游的旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的過(guò)濾精度為3.5×3.5mm，且旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)因結(jié)構(gòu)原因在投運(yùn)過(guò)程中還會(huì)將旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)入口海水中部分雜物帶入濾網(wǎng)出口，在運(yùn)行過(guò)程中，那些經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)后外形尺寸仍大于板式熱交換器換熱板間流道間隙的顆粒物就會(huì)堵塞板式熱交換器的海水側(cè)流道內(nèi)。

2.2 板式熱交換器海水冷卻水側(cè)長(zhǎng)期處于小流量投運(yùn)狀態(tài)，無(wú)法達(dá)到自清洗效果

受板式熱交換器被冷卻水側(cè)介質(zhì)運(yùn)行溫度要求的限制，板式熱交換器海水側(cè)在海水溫度較低期間只能小流量投運(yùn)，導(dǎo)致進(jìn)入熱交換器的海水水流達(dá)不到理想的湍流效果，無(wú)法將泥沙和海生物帶出熱交換器內(nèi)部。

2.3 定期反沖洗效果較差

雖然定期對(duì)板式熱交換器海水側(cè)進(jìn)行反沖洗，但由于反沖洗管道規(guī)格遠(yuǎn)小于熱交換器海水進(jìn)出口管道，導(dǎo)致反沖洗期間流量較小，只能將板式熱交換器部分換熱板的泥沙及海生物沖走，達(dá)不到對(duì)熱交換器所有換熱板進(jìn)行整體清洗的效果。

2.4 備用板式熱交換器處于非運(yùn)行狀態(tài)期間，熱交換器內(nèi)部海生物生長(zhǎng)

但隨著海生物耐藥性提高，部分海生物如藤壺等仍會(huì)在板式熱交換器海水入口流速較低的流道區(qū)域生長(zhǎng)，脫落后堵塞換熱板的部分流道。由于現(xiàn)場(chǎng)海水冷卻熱交換器無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間維持良好的換熱性能，導(dǎo)致需要投入很大的人力、物力對(duì)設(shè)備進(jìn)行頻繁的解體清洗，導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)備失去備用，特別是夏季海水溫度高的情況下，嚴(yán)重影響著相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行。

3 解決措施

理論上，提高板式熱交換器的換熱性能，可以通過(guò)增加熱交換器換熱面積和提高熱交換器換熱效率來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在進(jìn)出熱交換器的海水流量不變情況下，熱交換器的換熱面積增加必然導(dǎo)致進(jìn)入熱交換器內(nèi)部的海水流速降低，這樣勢(shì)必會(huì)減弱進(jìn)入熱交換器海水水流的湍流效果，導(dǎo)致熱交換器的污垢熱阻快速增加。因此，在海水流量等前提條件不變的情況下，采取措施提高現(xiàn)有熱交換器的換熱效率不失為一種保守、可靠的手段。

提高現(xiàn)有熱交換器的換熱效率，除了研發(fā)新的海水生物抑制劑外，在工程方面可從兩方面入手，一是在熱交換器海水入口管道增加過(guò)濾器，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，過(guò)濾器過(guò)濾精度可選取換熱板槽深值的1/2-2/3，可攔截較大顆粒雜物，避免外形尺寸大于換熱板流通間隙的海生物進(jìn)入熱交換器內(nèi)部。二是在無(wú)法對(duì)板式熱交換器反沖洗管道實(shí)施改造的情況下，在定期反沖洗措施的基礎(chǔ)上，增加定期全流量投運(yùn)和板式熱交換器定期切換措施，利用大流量介質(zhì)在換熱板間流道內(nèi)產(chǎn)生的湍流，將換熱器內(nèi)泥沙、換熱板表面附著的較小顆粒海生物帶出熱交換器內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)板式熱交換器的自清潔效果，避免熱交換器內(nèi)部泥沙和海生物的沉積及海生物的生長(zhǎng)。在熱交換器海水入口管道增加過(guò)濾器方面，有以下兩種改造方式：

3.1 在板式熱交換器海水入口流道內(nèi)部增加濾網(wǎng)

通過(guò)在板式熱交換器換熱板組成的流道內(nèi)部增加濾網(wǎng)，改造工程量較小，簡(jiǎn)單方便。但在換器流道濾網(wǎng)內(nèi)部雜物較多時(shí)，需要頻繁隔離板式熱交換器、打開(kāi)板式熱交換器檢修孔對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行清洗。

3.2 在海水入口管道上增加過(guò)濾器

過(guò)濾器有Y型或V型過(guò)濾器和自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器可供選擇，由于Y型或V型過(guò)濾器無(wú)法自行排污，必須隔離并人工拆除過(guò)濾器排污蓋、清理濾芯，在用及備用管線的頻繁切換，無(wú)法保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。增加壓差式自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器能夠避免頻繁的隔離檢修。

差壓式自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器主要由殼體、濾網(wǎng)網(wǎng)片、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、減速機(jī)構(gòu)、排污裝置等部件組成。海水中雜物通過(guò)濾網(wǎng)時(shí)被過(guò)濾，阻攔在濾網(wǎng)內(nèi)表面，當(dāng)濾網(wǎng)兩側(cè)的壓力差當(dāng)達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)打開(kāi)排污閥，啟動(dòng)反沖洗轉(zhuǎn)子，當(dāng)反沖洗轉(zhuǎn)子完全覆蓋住一個(gè)濾網(wǎng)網(wǎng)片單元區(qū)域時(shí)，該濾網(wǎng)網(wǎng)片的進(jìn)水基本被隔離，網(wǎng)片內(nèi)表面的雜物被濾網(wǎng)外表面潔凈海水隨排污管沖走，隨著反沖洗轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，整個(gè)濾網(wǎng)表面就會(huì)被清洗干凈。當(dāng)達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的反沖洗時(shí)間后，控制系統(tǒng)停運(yùn)反沖洗轉(zhuǎn)子，關(guān)閉排污閥，清洗結(jié)束。