探析电厂热网加热器的优化设计

王德智

摘 要：文章提出了一种新型的热网加热器设计，将新型热网加热器与传统结构的热网加热器进行对比，阐述了新型热网加热器的特点，保证新型换热器的性能和使用安全。

关键词：新型热网加热器；，优化设计；设计计算

中图分类号： TM621 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）22-175-2

1 热网加热器的设计参数

2 新型换热器结构设计

2.1 热网加热器结构选型

热网加热器主要利用汽轮机或锅炉引来的蒸汽（加热介质）来加热热水供应系统里的循环水，作为热网系统的关键设备，传统结构上一般采用管壳式换热器。而列管式换热器中，以U形管换热器和固定管板式换热器较为普遍。对比U形管换热器，U形换热管的布管相比并不均匀，抗震性能不好，坏管率相比直管要高。而固定管板式换热器，管程清洗方便，换热管损坏时更方便堵管或更换。所以新型热网加热器的结构选择在固定管板式换热器结构的基础上进行优化设计。

2.2 水室设计

考虑热网加热器的实际运行环境，选用椭圆形封头水室，封头顶部设置HG/T521521标准人孔，同时在水室内设置分程隔板，分程隔板上设有把手，以便于设备的清洗与维护[1]，为了保证水室的使用寿命，在分程隔板均设有加强筋，避免在循环水长期的冲蚀下，分程隔板发生变形，影响设备的正常运行。分程隔板的位置取决于换热器的实际布管情况。

2.3 管束的设计

2.3.1 换热管的选择

换热管通常选取不锈钢材质和碳钢材质，对比在相同的换热面积下进行设计，满足设计要求的碳钢管为：19x2.0，不锈钢焊接换热管为19x0.9，选用不锈钢换热管的管束重量将比碳钢管换热管重量减少51%左右。其次，根据国内大型热网加热器的运行使用情况来看，不锈钢换热管的运行情况最好[2]。综合考虑设备的运输，运行维护成本，以及使用寿命等因素，不锈钢焊接管为优先选择。

2.3.2 换热器布管

在蒸汽入口侧，考虑蒸汽入口侧流量较大，同时按照GB/150.3-2011不另行补强的最大开孔直径要求，选择在壳程筒体上开有两个蒸汽抽气孔。这样做的优点在于简化了筒体的结构，增加了蒸汽的流通面积，而且便于设备的清洗与维护。为了减少蒸汽的阻力，在换热管与壳程之间预留了合理的流通面积，以增强热网加热器的换热效率。在蒸汽入口处的换热管位置设有防冲板，以保护换热管。

为增强换热器的换热效率，在布管方面与传统的固定管板式换热器有所区别。由于在结构和性能上对比，热网加热器与冷凝器较为相似。所以布管上采取三段式布管。将管束设计为过热段，冷凝段和疏冷段。这样设计的优点是使得壳程内介质的流动更为稳定，提高换热器的传热效率。设置疏冷段区间主要是防止疏水排空造成危险[3]。

1.管板2.定距管3.防冲板4.定距管5.换热管6.支撑板7.防冲板8.拉杆9.螺栓10.管板11.分程隔板12.隔板13.挡板14折流板15～17挡板18.定距管19支撑结构

换热管布管区自上而下分别为过热段区间，凝结段区间和疏冷段区间。设计时在壳程内采用隔板件15～17分隔出用于监测疏冷段工况的区间，对热网加热器实时监控，保证换热器的使用安全。

2.3.3 壳体设计

固定管板式换热器的壳体的热膨胀补偿性能不及U形管式换热器，需要在壳体上设置膨胀节。膨胀节按结构上主要分为轴向型，平面铰链型，万向铰链型，曲管压力平衡型，和拉杆型几种型式。从结构上进行选择，单式轴向U型膨胀节满足设计要求。但是对于热网加热器，在壳体上如果设置单式轴向型波纹膨胀节，在补偿处容易造成沉积物的积累，而且不便于壳程的清洗，影响其实际理论的热膨胀补偿效果。而且在制造阶段进行水压试验后，在U形处容易造成试压水排放不净，影响设备运行后膨胀节的使用寿命。所以在膨胀节的设计过程中采用了半U型不锈钢膨胀节，并对其进行有限元分析。

2.3.4 对新型结构热网加热器进行设计计算

经计算，所设计新型热网加热器满足GB150.0～150.4压力容器的要求，同时也符合TSG R0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程的规定。

3 结语

该新型热网加热器结合了以往对大型热网加热器的优化设计经验，同时采用了三段式布管：过热段，输冷段和凝结段。该热网加热器于2016年开始投运，运行状况良好。

参 考 文 献

[1] 杨明勇，蒋光涛.U形管式高压加热器水室设计[J].压力容器，2006，23（6）：52-54.

[2] 刘国军，王洪昌，孔令勤.大型热网加热器设计运行经验[J].电站系统工程，1999，15（6）：24-26.

[3] 祖金宝，董西山.结构新颖的JR-180热网加热器[J].东方电气评论，1995，9（1）：30-32，38.