核電廠熱交換器污垢及污垢管理的對策

謝晉

摘要為了確保核電廠各項生產(chǎn)的安全，就必須加強核電廠熱交換器的管理，尤其是針對熱交換器因結(jié)垢問題引發(fā)的事故需要重點管理與預(yù)防，本文將對核電廠污垢與污垢熱阻對熱交換器傳熱性能的影響進行分析，從化學控制、運行穩(wěn)定控制與流速控制幾方面監(jiān)測，提出幾點污垢清洗策略，以確保熱交換器運行更加穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞核電廠 熱交換器 污垢類型 傳熱性能

核電廠中，熱交換器是非常重要的設(shè)備之一，其運行是否穩(wěn)定與安全將直接決定了核電廠運行的穩(wěn)定與安全，但是熱交換器運行當中，傳熱面會積累非常多的污垢，從而將額外傳遞熱量阻力增大，降低了熱交換器傳熱性能，非常容易引發(fā)安全事故，由此，加強對熱交換器污垢的監(jiān)測與管理至關(guān)重要，下面將對相關(guān)內(nèi)容具體分析。

一、污垢與污垢熱阻對熱交換器影響

（一）污垢

熱交換器表面積累的非預(yù)想材料就是污垢，將對熱量正常傳遞起到阻礙作用，如果污垢厚度超過了0.018mm，將使總傳熱系數(shù)降低一半，同時將冷卻流體流動減少了，將流體流動壓差（DP）增大了。

（二）污垢熱阻對熱交換器性能影響

傳熱系數(shù)的倒數(shù)就是熱阻，即，R=1/k，如果熱交換器表面的污垢增多，會將總體的換熱系數(shù)改變，此時得到，R=（1/k）+Rf，污垢的熱阻為Rf，流速、流體性質(zhì)與溫度、設(shè)備結(jié)構(gòu)、運行時間這些均會影響污垢熱阻大小。

二、核電廠熱交換器污垢管理方法

（一）加強預(yù)防，將污垢產(chǎn)生源頭消除

首先，在核電廠設(shè)計與設(shè)備安裝階段，需要優(yōu)化選擇熱交換器進出口流體管材，可以應(yīng)用高密度聚乙烯（HDPE）與雙相不銹鋼等防腐性能較好的材料，還可以在管道內(nèi)壁設(shè)置一層防污層；其次，與海水接觸的系統(tǒng)可以配置過濾裝置，包括固定式攔污柵、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、二次濾網(wǎng)等等，可以有效濾除泥沙、魚類與蝦類等水生生物；第三，定期使用殺菌劑，對微生物的生長進行抑制，將生物污垢產(chǎn)生量減少，比如，閉式系統(tǒng)的熱交換器可以通過取樣對系統(tǒng)回路的PH限制進行監(jiān)測，明確溶解量與聯(lián)氨含量，還可以使用緩蝕劑預(yù)防污垢。

（二）對熱交換器的運行參數(shù)合理選擇

溫度與流速這些基本的運行參數(shù)對污垢生成有著密切關(guān)系。首先，溫度容易對鹽類污垢與化學反應(yīng)污垢生成速率產(chǎn)生影響，由此，需要將傳熱面的溫度降低，進而對污垢生成進行預(yù)防與控制。其次，對流體的流速進行調(diào)整，高流速可以控制任何形式的污垢產(chǎn)生，通過將換熱管中流速增大產(chǎn)生湍流與流體間的剪切力，這樣就能夠通過污垢剝蝕力將污垢生成速率降低。但是，實際生產(chǎn)中需要結(jié)合實際情況調(diào)整流速，如果隨意將流速增加容易將泵損耗增大，容易在傳熱管入口處出現(xiàn)腐蝕。由此，調(diào)整流速需要控制好調(diào)整范圍，以不增加損耗為前提。

（三）加強熱交換器的性能監(jiān)測，及早察覺結(jié)垢征兆

通過開展傳熱系數(shù)與熱阻系數(shù)、溫差或者壓差試驗對熱交換器性能進行監(jiān)測，然后依據(jù)監(jiān)測到的熱性能狀態(tài)，制定清洗與檢修方案。運用熱交換器專項管理模式，可以對熱交換器分級與安全功能有效分析，從而考慮到熱交換器現(xiàn)場監(jiān)測的參數(shù)，使熱交換器性能判斷更加精準，以及早對熱交換器結(jié)垢征兆進行識別。

（四）應(yīng)用適合的清洗方法

首先，機械清洗，針對碳化污垢或者硬質(zhì)的污垢可以應(yīng)用這種清洗方法，熱交換器污垢類型與清洗方法間關(guān)系具體見下表1所示。

機械清洗對熱交換器有著較小的損傷，但是需要對熱交換器分解，較為麻煩，需要考慮成本優(yōu)化選擇。其次，化學清洗。化學清洗就是流體中添加酸物質(zhì)或者堿物質(zhì)，可以將污垢與換熱面結(jié)合力減少，從而使換熱面積中污垢自然消除?；瘜W清洗不需要對設(shè)備解體，較機械清洗更加的簡單、方便，且成本較低，但是需要控制好清洗劑的用量，避免造成腐蝕。最后一種是在線清洗，是應(yīng)用凝汽器傳熱管清洗的方法，通過海綿球循環(huán)擦洗可以將沉著在凝汽器中的污垢清除，將傳熱管停堆期間機械清洗需求減少了，使維修費用得以節(jié)省。

三、結(jié)語

在核電廠中，熱交換器是非常重要的設(shè)備，但是因污垢熱阻造成的熱交換傳熱性能降低已經(jīng)引發(fā)人們關(guān)注，需要從材料選擇、監(jiān)測與控制化學參數(shù)、控制熱交換器溫度、控制流速幾方面優(yōu)化設(shè)計，進而使污垢產(chǎn)生得到控制，選擇適合的清洗方法，使熱交換器運行更加穩(wěn)定、安全。