摘要：板式热交换器结构简单、拆卸方便、空间占用体积小、工作效率高，在电力行业有着广泛的应用。以设备构成为视角，对热交换器在运行中出现的泄漏问题进行全面原因分析，结合分析结果，在日常维护、定期预防和泄漏恢复方面提供有效的处理方案。
关键词：板式热交换器；泄漏分析；泄漏处理
前言
热交换器是一种可用于冷热流体之间进行热量交换的设备，按照热量交换的方式不同可以分为间壁式、蓄热式、直接接触式和中间载热体式热交换器。间壁式热交换器是利用壁面将温度不同的两种流体隔开，互不接触，流体在壁面两侧对流并通过壁面进行热量交换，常见的有管壳式热交换器和板式热交换器。
板式热交换器主体是由一系列被压制成波纹且带有密封垫的薄金属传热板片和压紧装置构成，冷热流体交替地在传热板片两侧对流传热，这样的结构具有传热系数高、热阻低、远低于管壳式热交换器的结垢量、结构紧凑占地面积小、拆卸清洗维修简单、末端温差小及可灵活增减换热面积和改变流程等特点；同时，由于板片厚度约0.4—1.2mm，板片间是橡胶垫片密封，所以也具有工作压力和工作温度较低、不适用易堵塞流道介质换热特点。
AP1000核电厂中也有广泛运用，如闭式冷却水冷却器、设备冷却水热交换器、乏池冷却热交换器、废液系统密封水热交换器、定子冷却水冷却器、空侧和氢侧密封油冷油器、高温和低温水热交换器、凝汽器真空泵冷却器等都是板式热交换器，下面以设备冷却水热交换器为例进行泄漏原因和处理方案分析。
1核电厂设备冷却水热交换器结构功能：
设备冷却水热交换器是可拆立式结构，由397片H型传热板片和192片W型传热板片组成，H型即波纹角度大的板片，其换热效率高、流动阻力大；W型即波纹角度小的板片，其换热效率低、流体阻力小。板片材质为纯钛Gr.1，在中性、氧化性和海水等介质中有极高的抗蚀性。传热板片及压紧板之间镶嵌并粘有三元乙丙橡胶密封垫。传热板片热源侧流设备冷却水，是一个封闭回路冷却循环水系统，它收集电厂各设备运转产生的热量，设计压力1.38Mpa；冷源侧流厂用水，即过滤后的海水, 设计压力1.03Mpa；
设备冷却水热交换器在电厂中配置有两台，模式是一用一备，当运行列热交换器出现大量泄漏，同时隔离并切换至备用列不及时，将导致设备冷却水系统波动箱液位快速下降触发设备冷却水泵跳泵，造成下游电厂各设备因失去冷却水而停运；当全厂压空丧失后，导致气动阀动作，会导致停堆后果。
2核电厂设备冷却水热交换器泄漏类别
2.1螺母松动泄露：
2.1.1夹紧拉杆螺母松动
夹紧拉杆的作用是将悬挂在固定压紧板和活动压紧板之间的传热板片夹紧，使传热板片相接触并压缩垫片形成流道。设备冷却水热交换器有20根拉杆，左右长边方向各布置8根，共16根；上下短边方向各布置2根，共4根。夹紧拉杆螺母松动将直接导致传热板片密封垫失去预紧力，丧失密封作用而发生泄漏。
2.1.2地脚螺栓螺母松动
设备冷却水热交换器采用5点支撑框架式结构，在固定压紧板处设置有2个固定底板支撑，在活动压紧板处设置有2个可调节的活动底板支撑，在支柱处设置1个固定底板支撑。每个支撑板由2套螺柱和2套螺栓固定，地脚螺栓螺母的松动将增加热交换器冷热侧管道接口载荷，引起法兰泄漏；严重时，设备运行产生的振动会损坏设备产生大量泄漏。
2.1.3接口法兰螺母松动
设备冷却水热交换器为单边流动形式，在固定压紧板侧设置有4个法兰接口，分别是设备冷却水进出口和厂用水进出口；在活动管板侧还设置有1个设备冷却水检查孔和1个厂用水检查孔。每个接口法兰由20颗螺栓紧固，螺母松动会使法兰处泄漏。
2.2垫片泄露
传热板片之间、传热板片和压紧板之间及接口法兰处均采用的三元乙丙橡胶密封，其中传热板片之间就有588个密封垫。根据核电厂通用管理规则，三元乙丙橡胶属于老化材料类，寿期按10年进行管理。密封垫的老化会使通道回路产生破口而发生泄漏。
相较于石墨密封垫片，橡胶密封垫较软，在安装时易形变导致密封垫错位而在法兰或传热板片处发生泄漏。安装时未能识别出已破损的密封垫或与密封垫接触区域存在未清理干净的杂物也会导致密封效果降低而发生泄漏。
2.3传热板片泄露
板式热交换器的核心元件就是金属波纹板片，设备冷却水热交换器有589片传热板，分W和H型，安装顺序先是205片H板，之后是W板和H板交替安装，最后以H板收尾。传热板片尺寸面积约2.5㎡，而厚度仅为0.6mm，所以板片的压紧值过大会导致板片发生形变、在安装传热板片时未按照组装顺序排列及安装时板片悬挂口产生较大变形而造成传热板片错边都会使板片之间无法形成有效密封而发生泄漏。
安装时未能识别出存在孔眼或裂纹的传热板片，会发生串液现象，导致冷热介质混淆，属于内漏。
2.4流体通道堵塞泄露
设备冷却水热交换器热源侧流体是除盐水，运行时会定期执行水质调节，不易发生流体通道堵塞现象。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆冷源侧流体是海水，电站厂址位置海水含沙量较大，即使厂用水滤网已经过滤了大量杂物，但细小沙泥或微生物仍会进入热交换器并在传热板片表面进行粘附沉积，由于板片间通道狭窄，长时间运行后，表面的污垢增多会导致板片间流道堵塞，局部压力增大或传热板片受压形变会引起密封失效而发生泄漏。同时，泥沙和海生物夹杂在流体中对传热板片进行冲刷和腐蚀，会损坏板片引起串流泄漏。
3 处理方案分析
通过对设备冷却水热交换器泄露类别的分析，针对存在泄露的条目制定出切实可行的处理方案，有效的预防和解决核电厂板式热交换器泄露问题。
3.1螺栓螺母重新紧固
根据现场实际运行经验，大部分泄露问题通过紧固件的重新紧固都能解决。进行重新紧固后在螺母和螺柱位置做上标记，以便后续的快速识别。针对多次松动的紧固件安装止动垫圈或双螺母进行防松处理。
在紧固夹紧拉杆螺母需要测量固定压紧板和活动压紧板之间的距离尺寸值，因为尺寸值小于设定值时，代表传热板片受到高于设计的预紧力，会造成密封垫损坏或者板片变形。
3.2密封件和传热板片定期更换
密封垫和传热板片既是热交换器的重要部件也是寿期消耗件，根据电厂的备品备件管理导则，会准备一定量的备件为电站安全稳定运行提供保障。按照橡胶密封垫10年寿期管理制定预维项目，定期对到期的密封垫进行更换，可以有效预防垫片老化问题引起的泄漏。
领用或回装密封件和传热板片时，需要对其进行整体仔细的检查，确认密封垫无损坏，传热板片无裂纹、无孔眼、悬挂口和整体无严重形变，必要时可通过渗透检测法对板片疑似缺陷处进行检测；
执行回装工作时，对安装部位及密封垫表面进行彻底的清洁，避免密封区域存在杂物；安装操作正确，避免出现密封垫错位和传热板片错边等问题，同时记录板片组装顺序。
设备冷却水热交换器橡胶密封片采用粘接式，在拆卸并更换新密封垫后，胶水粘接处还需进行高温固化才能进一步组装，检修时间较长，所以采购一定量带密封垫的传热板片可以有效缩短检修时间。
3.3系统反冲洗、开孔冲洗和解体清洗
设备冷却水热交换冷源侧的流体是海水，夹带泥沙和海生物易结垢，系统设置了冷源侧反冲洗定期试验项目，每三个月执行一次离线设备冷却水热交换器反冲洗操作。
根据现场实际运转情况，如发现传热效果下降明显、厂用水泵运行列出口流量下降或热交换器冷热侧进出口温度异常，可以将设备冷却水切换至备用列运行，对异常的热交换器打开检查孔清洗检查。热交换器在活动压紧板上设置有2个检查孔，分别对应冷热流体入口通道，检查孔径约0.5m，足够容纳一人进入检查。
在检查孔清洁处理后异常情况仍未得到改善，则安排热交换器解体检查工作。拆卸下来的传热板片应整齐放置在干净、平整的平台或台架上并做好标记，对结垢污染的板片可以利用非金属刷或者高压水枪进行机械清洗，较难去除的水垢可以配合使用化学清洗剂。清洗干净后检查传热板片是否存在变形、裂纹、穿孔等缺陷，检查密封条是否存在破损、老化或形变严重等缺陷，如有上述缺陷则应进行更换。
3.4系统在线监测和现场巡检
设备冷却水热交换器冷热侧进出口管线安装有温度、压力和流量测量仪表，其中部分仪表配置有数值区间报警，通过参数的监测可以初步判断热交换器运行状态。例如热交换器出现串液现象，可以通过设备冷却水系统波动箱液位、流量、温度等参数来综合判断。
通过在线系统仪表参数，可以利用热交换器换热公式计算出具体热交换率数值并在软件监测系统中进行配置，可以更直观了解设备运行状态，对历史数据进行统计分析处理，可以预测热交换器的换热参数。
通过现场巡检，就地查看设备运行状态，及时发现热交换器是否存在偏离正常状态的现象，如设备出现异常振动或异常噪音、设备出现泄漏等。
4结语
板式热交换泄漏是运行时常见的问题，结合核电厂设备冷却水热交换器的运行经验，对泄漏的原因进行了全面详细的分析，针对分析的原因制定了可实施的解决方案。总之，板式热交换器的泄漏问题可以通过定期的反冲洗工作、紧固件定期检查和寿期物质的定期更换提前预防，可以通过日常运行参数监测、现场巡检等及时发现和处理，还可以通过解体检修和清洗工作恢复至正常状态。
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作者简介
胡奇良（1991.08-），男，江西上饶人，合肥工业大学本科，单位：三门核电有限公司，研究方向：设备管理。
论文作者:胡奇良
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/16
标签：热交换器论文; 冷却水论文; 设备论文; 螺母论文; 流体论文; 密封垫论文; 核电厂论文; 《电力设备》2019年第6期论文;