核電廠重要廠用水系統(tǒng)換熱器熱力性能評(píng)價(jià)方法分析

李恒敬 湯利專 趙岳

中圖分類號(hào)：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)：A 文章編號(hào)：1674-1145（2019）7-150-01

摘 要 核電廠對(duì)于我國(guó)社會(huì)發(fā)展具有至關(guān)重要的作用，在核電廠正常運(yùn)行工況或事故運(yùn)行工況下，設(shè)備冷卻水系統(tǒng)所傳輸?shù)臒崃慷夹枰ㄟ^(guò)重要廠用水系統(tǒng)的換熱器傳輸?shù)胶Ｋ校摀Q熱器的熱力性能直接影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞 核電廠 重要廠用水系統(tǒng) 換熱器 熱力性能 評(píng)價(jià)方法

一、現(xiàn)有換熱器評(píng)價(jià)方法分析

（一）對(duì)數(shù)平均溫度法

依據(jù)換熱器數(shù)設(shè)計(jì)原理及傳熱學(xué)的理論，換熱器的傳熱系數(shù)是與換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)、板片參數(shù)、實(shí)際運(yùn)行工況下冷熱流體的流量及入口溫度相關(guān)的參數(shù)?；趥鳠嵯禂?shù)的影響因素，結(jié)合核電廠對(duì)換熱器換熱能力的多種工況要求，計(jì)算出換熱器傳熱系數(shù)的最低安全限值，進(jìn)而求得傳熱系數(shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。這種評(píng)價(jià)方法理論基礎(chǔ)的核心是假定傳熱系數(shù)K與流體溫度、壓力和流量無(wú)關(guān)。在板式換熱器工作的參數(shù)范圍內(nèi)，將式

中R W、h 1和視為常數(shù)，則傳熱系數(shù)K就是只與換熱器污垢熱阻E有關(guān)的參數(shù)。將實(shí)測(cè)參數(shù)求出的傳熱系數(shù)值與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比，只要滿足實(shí)際計(jì)算值大于驗(yàn)收準(zhǔn)則值，即可證明換熱器滿足安全準(zhǔn)則要求。這種評(píng)價(jià)方法的優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算方法簡(jiǎn)單，在大亞灣等核電運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，評(píng)價(jià)比較準(zhǔn)確。但是，這種評(píng)價(jià)方法的問(wèn)題是比較明顯的。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的描述，流量對(duì)傳熱系數(shù)的影響很大，不能忽略。Alfa Laval給某核電站提供的冷側(cè)流體流量與傳熱系數(shù)曲線，從中可以看出：在熱流體流量、溫度冷流體入口溫度不變的前提下，傳熱系數(shù)隨冷流體流量增加變大。對(duì)數(shù)平均溫度法之所以在部分核電中得以廣泛應(yīng)用，其關(guān)鍵在于在這些核電廠中，換熱器的冷熱流體流量基本處于設(shè)計(jì)流量下運(yùn)行，流量波動(dòng)范圍很小，采用對(duì)數(shù)平均溫度法計(jì)算的傳熱系數(shù)基本能夠表征換熱器的污垢情況。

（二）換熱計(jì)算

本文為理論計(jì)算，不考慮系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行帶來(lái)的影響。利用傳統(tǒng)換熱計(jì)算公式，初步試算出海水溫度T 0在-2.5℃～15℃時(shí)，回流海水流量為2800～3000m 3/h之間，可保證SRI側(cè)設(shè)備冷卻水出口溫度控制在15℃～36.5℃之間。Q=A×K×LMTD傳熱公式：Q=m×C×△T→△T=Q/（m×C）式中Q：傳熱量，SRI側(cè)為放熱，SEN側(cè)為吸熱；A：換熱面積；K：總傳熱系數(shù)，為了更好地與實(shí)際運(yùn)行相符，總傳熱系數(shù)從設(shè)備供應(yīng)商處取得；LMTD：平均對(duì)數(shù)溫差，

其中，T SRIin表示SRI側(cè)進(jìn)水溫度，T SRIout表示SRI側(cè)出水溫度，T SENin表示SEN側(cè)進(jìn)水溫度，T SENout表示SEN側(cè)出水溫度；m：熱交換介質(zhì)的質(zhì)量流量；C：熱交換介質(zhì)的比熱；△T：熱交換介質(zhì)的溫度變化。

（三）RCM分析方法

（1）依照所探究系統(tǒng)的整體特點(diǎn)，實(shí)施系統(tǒng)劃分及解析對(duì)象的明確，并進(jìn)行有關(guān)資料的搜集。（2）針對(duì)系統(tǒng)實(shí)施故障模式與影響解析（FMEA），即運(yùn)用FMEA體系地解析體系各組成單元的性能；可能出現(xiàn)的故障、故障模式于干擾。（3）邏輯決斷解析（LTA）：對(duì)于設(shè)備的各種故障模式與后果，用邏輯決斷的方法明確各對(duì)象所適用的維修任務(wù)。

（四）熱流體入口溫度列線圖法

列線圖中的評(píng)定曲線是在設(shè)計(jì)流量、換熱器允許的極限污垢熱阻的條件下結(jié)合換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)求得的。即如果試驗(yàn)結(jié)果在列線圖的包絡(luò)范圍內(nèi)，證明實(shí)際污垢熱阻小于換熱器設(shè)計(jì)允許的最大污垢熱阻，換熱器的熱力性能滿足要求。列線圖法與對(duì)數(shù)平均溫度法的區(qū)別在于，列線圖法充分考慮了冷熱流體入口溫度的影響，但是列線圖法同樣沒(méi)有考慮冷流體流量變化對(duì)傳熱的影響。

二、換熱器熱力性能評(píng)價(jià)的改進(jìn)方案

（一）運(yùn)用RRI出口溫度列線圖評(píng)定法

給定換熱器兩側(cè)進(jìn)口溫度與流量，換熱器出口溫度高低就能夠衡量它的換熱性能。經(jīng)過(guò)給出換熱器設(shè)計(jì)許可污垢熱阻與額定流量下不一樣RRI入口溫度的RRI出口溫度隨SEC入口溫度變化的曲線，經(jīng)過(guò)具體RRI入口溫度差距值，依照具體SEC入口溫度獲取額定流量下RRI出口溫度，在經(jīng)過(guò)RRI流量與SEC流量修定，獲取在具體流量與入口溫度乃至設(shè)計(jì)許可熱阻條件下的RRI出口限值。一旦具體RRI出口溫度低于RRI出口限值，表明換熱器換熱能力充分，沒(méi)必要清洗。

（二）理論計(jì)算污垢熱阻法

目前污垢熱阻法隱藏的狀況關(guān)鍵在于傳熱系數(shù)計(jì)算的簡(jiǎn)化，假如依照換熱器傳熱基本原理算計(jì)傳熱系數(shù)，聯(lián)系污垢熱阻法的思路能夠落實(shí)換熱器在變流量與變溫度條件下的換熱性能實(shí)施評(píng)價(jià)的。

三、結(jié)語(yǔ)

RRI出口溫度列線圖評(píng)定法充分考慮了冷、熱流體入口溫度變化的影響，針對(duì)九種運(yùn)行工況繪制的九張列線圖減少了冷流體流量變化對(duì)傳熱系數(shù)的影響，最后考慮到實(shí)際運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)工況的偏差進(jìn)行冷熱流體流量修正，最大限度保證評(píng)定方法的準(zhǔn)確性。RRI出口溫度列線圖評(píng)定的無(wú)動(dòng)力自動(dòng)補(bǔ)入，可以節(jié)約廠用電。

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