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摘 要：核电站蛇形换热器在日常运行过程中，其顶部温度存在大幅度波动，最高温度达到150℃，远超过换热器冷却水侧80℃的设计工况。现场对换热器顶部温度进行了跟踪，发现多个换热器顶部同样存在温度大幅度波动现象。在对换热器进行检修时，发现换热器出现过传热管腐蚀减薄的现象。本文结合换热器的结构设计基本原理，详细介绍换热器顶部温度波动的原因，对影响换热器顶部温度高的因素进行分析，并介绍设计的特殊工艺用于解决该问题。
关键词：换热器;腐蚀;排气
某核电厂换热系统中存在的蛇形换热器在日常运行过程中，其顶部温度存在大幅度波动，最高温度达到150℃，远超过换热器冷侧80℃的设计工况。现场通过换热器顶部的手动排气阀进行排气操作后，发现温度会恢复正常，但间隔一段时间又会上升，据此怀疑温度的异常上涨可能与换热器顶部积气有关。后续将出现温度频繁波动的蛇形换热器的顶部排气管线与冷端冷却水出口管线连接，实现自动排气，换热器顶部的温度未出现波动。
1 问题背景
2012年6月份某电厂在进行大修后，发现取样系统蛇形换热器顶部温度存在大幅度波动，最高温度达到127℃。该换热器为立式壳管式换热器其换热管内部流体通道为管程，而换热器外部流体通道是壳程。换热器的设计温度为80℃，实测温度远超设计工况。通过信息调研，目前外部核电厂也发生过该问题，分析主要原因为排气及热冲击的影响，为解决该问题采取换热器定期更换策略。
2 换热器问题分析
2.1 温度高原因分析
换热器一旦出现破损，将导致冷却水系统因传热管破裂发生泄漏而被污染，尤其在机组日常运行期间进行处理会十分被动，需要投入过多的人力和财力。因此某电厂开始对其他机组换热器顶部温度进行了跟踪监测，发现其他换热器顶部也存在温度大幅度波动现象。
为详细了解问题的根源，利用超声波检测工具进行检查。在换热器排气前通过超声波定性测量时，发现高温时换热器的上封头不是水实体，因此判断导致换热器顶部温度高是由于换热器顶部存在不冷凝气体或蒸汽空间致使传热管裸露。
对此类蛇形换热器内部设计结构进行分析，冷却水从换热器底部延套筒内侧上升至顶部，再从套筒外侧下降，在下降段时与传热管进行换热，因此这种结构导致上封头处容易集气。
结合温度变化的趋势，发现换热器顶部温度存在周期性交替变化，为深入了解其变化原因，现将每个变化阶段分為四个部分：轻微上涨-急速上升-缓慢上升-急速降低。
※阶段1：RRI水中的不冷凝气体运动至换热器顶部后，逐渐聚集，此时换热器顶部温度不高但轻微上涨;
※阶段2：当不冷凝气空间越来越大时，换热器顶部传热管开始裸露，由于传热管的高温下热辐射的作用，换热器顶部迅速升温;
※阶段3：传热管表面的冷却水开始沸腾产生水蒸汽，水蒸汽的密度较不冷凝气体轻，迅速到达换热器顶部，温度缓慢上升;
※阶段4：当顶部水蒸汽占据较大空间后，受下方较冷的冷却水的波动，部分水蒸气遇冷水冷凝，蒸汽空间减小，冷却水水位上升，冷水进一步冷凝蒸汽空间，形成恶性循环，顶部气空间快速消失，换热器顶部温度迅速降低。
2.2 换热器腐蚀原因分析
在对换热器进行检修时，发现出现过换热器传热管减薄的现象，对拆下来的旧换热器解体检查时，发现换热管已腐蚀。腐蚀位置发生于蛇形盘管的顶部，而蛇形盘管其他部位情况较好。
结合实际检修情况分析，传热管发生磷酸盐腐蚀是传热管破损的根本原因，换热器顶部的过热加速了磷酸盐腐蚀的速率。
3解决方案
换热器在设计时其顶部具有排气管线，但考虑到换热管出现破损后放射性液体外流，电厂在换热器排气口末端设置了手动阀门，日常处于关闭状态。由于需手动操作，在排气结束后一段时间积气现象会重复发生。
本方案将对核电站蛇形换热器进行改造，将其顶部排气管线排气阀上游与冷却水出口侧上游的管线连通，实现连续自动排气。利用部分旁通水流将换热器顶部气体排走，虽然会损失部分冷却水流量，但自动排气实施期间的跟踪效果表明，换热器的换热能力没有明显降低，改造后换热器仍有充足的冷却水流量，能将高温水冷却到设计温度60℃以下。
为保持原设计的功能完整性，改造方案将保留换热器顶部的手动排气功能，同时为确保改造后换热器冷却水流量满足要求，在连通管线上加装调节阀以控制旁通流量，实施自动排气处理后，顶部温度平稳，未再出现高温及波动现象。
以上的管路设计巧妙利用已有系统运行原理，创新思路，低成本解决安全问题，并已在实际项目上得到应用和印证，通过监测，本文的自动排气设计使核电站蛇形换热器换热管温度高和腐蚀破损问题得到解决。
参考文献：
[1] 张业雷. 石油化工行业中换热器的种类及用途原理[J]. 中国石油和化工标准与质量，2017，24（1）：141-142.
[2] 董旭宇，阎依强，李想，高鹏翔. 石油化工行业中换热器的种类及用途原理[J]. 硅谷，2013（16）.
作者简介：
王蒙（1992-），男，本科，工程师，核岛机械系统改造和设备研究。
关键词：换热器;腐蚀;排气
某核电厂换热系统中存在的蛇形换热器在日常运行过程中，其顶部温度存在大幅度波动，最高温度达到150℃，远超过换热器冷侧80℃的设计工况。现场通过换热器顶部的手动排气阀进行排气操作后，发现温度会恢复正常，但间隔一段时间又会上升，据此怀疑温度的异常上涨可能与换热器顶部积气有关。后续将出现温度频繁波动的蛇形换热器的顶部排气管线与冷端冷却水出口管线连接，实现自动排气，换热器顶部的温度未出现波动。
1 问题背景
2012年6月份某电厂在进行大修后，发现取样系统蛇形换热器顶部温度存在大幅度波动，最高温度达到127℃。该换热器为立式壳管式换热器其换热管内部流体通道为管程，而换热器外部流体通道是壳程。换热器的设计温度为80℃，实测温度远超设计工况。通过信息调研，目前外部核电厂也发生过该问题，分析主要原因为排气及热冲击的影响，为解决该问题采取换热器定期更换策略。
2 换热器问题分析
2.1 温度高原因分析
换热器一旦出现破损，将导致冷却水系统因传热管破裂发生泄漏而被污染，尤其在机组日常运行期间进行处理会十分被动，需要投入过多的人力和财力。因此某电厂开始对其他机组换热器顶部温度进行了跟踪监测，发现其他换热器顶部也存在温度大幅度波动现象。
为详细了解问题的根源，利用超声波检测工具进行检查。在换热器排气前通过超声波定性测量时，发现高温时换热器的上封头不是水实体，因此判断导致换热器顶部温度高是由于换热器顶部存在不冷凝气体或蒸汽空间致使传热管裸露。
对此类蛇形换热器内部设计结构进行分析，冷却水从换热器底部延套筒内侧上升至顶部，再从套筒外侧下降，在下降段时与传热管进行换热，因此这种结构导致上封头处容易集气。
结合温度变化的趋势，发现换热器顶部温度存在周期性交替变化，为深入了解其变化原因，现将每个变化阶段分為四个部分：轻微上涨-急速上升-缓慢上升-急速降低。
※阶段1：RRI水中的不冷凝气体运动至换热器顶部后，逐渐聚集，此时换热器顶部温度不高但轻微上涨;
※阶段2：当不冷凝气空间越来越大时，换热器顶部传热管开始裸露，由于传热管的高温下热辐射的作用，换热器顶部迅速升温;
※阶段3：传热管表面的冷却水开始沸腾产生水蒸汽，水蒸汽的密度较不冷凝气体轻，迅速到达换热器顶部，温度缓慢上升;
※阶段4：当顶部水蒸汽占据较大空间后，受下方较冷的冷却水的波动，部分水蒸气遇冷水冷凝，蒸汽空间减小，冷却水水位上升，冷水进一步冷凝蒸汽空间，形成恶性循环，顶部气空间快速消失，换热器顶部温度迅速降低。
2.2 换热器腐蚀原因分析
在对换热器进行检修时，发现出现过换热器传热管减薄的现象，对拆下来的旧换热器解体检查时，发现换热管已腐蚀。腐蚀位置发生于蛇形盘管的顶部，而蛇形盘管其他部位情况较好。
结合实际检修情况分析，传热管发生磷酸盐腐蚀是传热管破损的根本原因，换热器顶部的过热加速了磷酸盐腐蚀的速率。
3解决方案
换热器在设计时其顶部具有排气管线，但考虑到换热管出现破损后放射性液体外流，电厂在换热器排气口末端设置了手动阀门，日常处于关闭状态。由于需手动操作，在排气结束后一段时间积气现象会重复发生。
本方案将对核电站蛇形换热器进行改造，将其顶部排气管线排气阀上游与冷却水出口侧上游的管线连通，实现连续自动排气。利用部分旁通水流将换热器顶部气体排走，虽然会损失部分冷却水流量，但自动排气实施期间的跟踪效果表明，换热器的换热能力没有明显降低，改造后换热器仍有充足的冷却水流量，能将高温水冷却到设计温度60℃以下。
为保持原设计的功能完整性，改造方案将保留换热器顶部的手动排气功能，同时为确保改造后换热器冷却水流量满足要求，在连通管线上加装调节阀以控制旁通流量，实施自动排气处理后，顶部温度平稳，未再出现高温及波动现象。
以上的管路设计巧妙利用已有系统运行原理，创新思路，低成本解决安全问题，并已在实际项目上得到应用和印证，通过监测，本文的自动排气设计使核电站蛇形换热器换热管温度高和腐蚀破损问题得到解决。
参考文献：
[1] 张业雷. 石油化工行业中换热器的种类及用途原理[J]. 中国石油和化工标准与质量，2017，24（1）：141-142.
[2] 董旭宇，阎依强，李想，高鹏翔. 石油化工行业中换热器的种类及用途原理[J]. 硅谷，2013（16）.
作者简介：
王蒙（1992-），男，本科，工程师，核岛机械系统改造和设备研究。