超超临界二次再热百万机组高压加热器布置方案

闫哲，张士明，顾勇

(江苏华电句容发电有限公司，江苏 句容　212400)



超超临界二次再热百万机组高压加热器布置方案

闫哲，张士明，顾勇

(江苏华电句容发电有限公司，江苏 句容212400)

摘要：通过阐述蛇形管高压加热器的结构特点和性能优点，提出在超超临界二次再热百万机组中用蛇形管高压加热器取代U形管高压加热器。通过分析江苏华电句容发电有限公司二期二次再热百万机组高压加热器选型方案，说明单列蛇形管立式高压加热器具有良好的稳定性和工程实用性。

关键词：二次再热；高压加热器；蛇形管；U形管

0引言

火电厂高压加热器(以下简称高加)是利用汽轮机的抽汽加热锅炉给水的装置。它可以提高电厂热效率，节省燃料，并有助于机组安全运行[1]。目前高加可按水室配水和换热管的不同形式进行结构分类，通常分为U形管管板式(以下简称U形管式)和蛇形管集箱式(以下简称蛇形管式)。目前国内的超超临界机组大多采用单列或双列U形管式高加布置方案，而在欧洲主要采用单列蛇形管式高加布置方案。

1问题的提出

目前，百万千瓦等级的二次再热机组给水泵出口压力设计值通常在36～39 MPa，由于锅炉给水要通过高加的换热管并完成加热过程，因此高加的管侧设计压力会达到44 MPa，给水压力的大幅提升对高加设备自身的结构设计和工艺制作提出了更高的要求，同时增加了高加选型难度。

受给水压力影响，单列U形管高加的水室半球形封头厚度和管板锻件厚度如果按照44 MPa的给水压力进行设计，那么封头和管板厚度都会超过GB 150.2—2011《压力容器 第2部分：材料》中规定的最大公称厚度[2]。在这种情况下，往往采用双列U形管高加方案，以减小管板的通流面积，从而降低管板和封头厚度。如国电泰州二期、华能莱芜、神华北海等几个二次再热项目均使用双列U形管高加布置方案[3]，由于双列高加会增加厂房管道，现场空间会更加拥挤，后期维护工作量会增加，本文提出采用单列蛇形管高加布置方案解决二次再热机组中的高加布置难题。

2高加的结构类型

2.1高加的分类和结构

2.1.1U形管高加[4]

U形管高加的壳侧主要由蒸汽进口、疏水进口、疏水出口和壳体4个部分组成，管侧则主要包括给水进口、给水出口、换热管、水室、封头、人孔密封板、管板和U形管。

2.1.2蛇形管高加

蛇形管高加的壳侧与U形管高加的壳侧相似，也是由蒸汽进口、疏水进口、疏水出口和壳体组成。其管侧结构与锅炉集箱类似，包括给水进、出口集管和蛇形管2大部分。蛇形管通常在壳体内弯成3程或4程，与U形管高加相比主要结构优势是用厚度较薄的集管代替了水室及管板结构，降低了部件厚度和应力。

2.2蛇形管高加的技术优点

(1)部件的热应力分布均匀、负荷适应性强。通常U形管高加需要较大的管板直径和厚度,如图1所示，机组启、停过程中的温度分布不均会使管板产生较大的热应力，加大热裂纹的风险。蛇形管高加的集管厚度一般在70～120 mm，仅有管板厚度的15%左右，如图2所示，热应力分布比较均匀，具有较好的抗热冲击性能，提高了温升速率限制和变工况运行次数。

(2)故障率低，可靠性好。U形管高加的管板与U形管采用角焊缝和胀接连接，通常采用氦检漏。在机组频繁启、停及热冲击运行中易发生管口泄漏。而蛇形管高加通过集管上的短接头与蛇形管焊接连接，对焊缝进行100%射线检测，确保了焊接质量。因此，蛇形管高加的管子损坏率极低，可以运

图1　U形管高加管板

图2　蛇形管高加集管

行50年以上。据德国BD公司统计，从1935年开始生产的1 200台蛇形管高加超过100万根管子的损管率仅为0.013%，过去40年中仅有30根损坏，其中第1根管子损坏发生在运行20年后。

通过以上介绍可以总结出，蛇形管高加取消了管板并采用独特的连接手段，从结构设计上解决了U形管高加管板过厚造成热应力过于集中的问题,消除了管板产生裂纹的隐患，提高了负荷适应能力，因此可靠性、运行寿命得到提高。蛇形管和U形管高加主要技术特点对比见表1。

3高加布置方案与投资情况对比

3.1单列与双列

百万千瓦等级二次再热机组如果采用双列高加系统，则需要设置4级双列50%额定容量的高加，#2，#4高加前置式蒸汽冷却器分别串联在每列#1高加后。这样1台机组回热系统总共有10个高加，系统相当复杂，管线、阀门数量众多，运行维护难度大。相比双列高加，单列高加给水和加热蒸汽管道的长度有所减小，相关管道的阻力也相应减少，可以降低汽轮机运行热耗。

表1　蛇形管与U形管高加的技术特点对比

3.2立式与卧式

目前国内超超临界机组基本都使用卧式U形管高加[5]，如果采用蛇形管高加，可以选择立式或者卧式，2种形式的运行性能和可靠性基本一致，没有明显的优缺点。但立式便于集中布置，节省了卧式高加分层布置所增加的给水管道，在投资方面有优势，厂房占地面积也会减少，因此，从优化厂房布置的角度考虑应优先选用立式。

3.32种主要高加布置方案投资对比[6]

以江苏华电句容发电有限公司二期二次再热火电机组基建项目为例，通过上海电站辅机厂提供的资料进行计算，进行2种布置方案的投资对比。与U形管高加相比，蛇形管高加所需材料尺寸规格较高，设备总质量也大。虽然蛇型管制造和装配工艺较为复杂，但没有U形管高加的管板和球形封头等锻件，所以1套蛇形管高加的本体制造成本比U形管双列高加仅高出150万元。

单列高加与双列高加相比，主要节省了厂房的给水管道用量，给水全容量管道规格为ø 660 mm×83 mm，给水半容量管道规格为ø 457 mm×55 mm，每台机组减少管道质量减少约40 t，同时抽汽、疏水管道减少约10 t。按照高压给水管道采用15NiCuMoNb5-6-4材质(合金钢)计算，采用单列高加，2台机组给水管道能节省382万元。

综合上述情况，采用单列蛇形管高加相比双列U行管高加至少能节省工程造价约232万元。

4结论

本文针对二次再热机组参数的特点和高加的选型要求，通过分析对比蛇形管高加和U形管高加的结构和性能特点，阐述了蛇形管高加的优势。结合华电句容发电有限公司二期二次再热机组高加的实际布置和造价情况，说明采用单列蛇形管立式高加布置方案具有可靠性高、节约厂房布置空间、减小维护工作量及节省工程造价等优点。因此，在二次再热机组中优先推荐采用单列蛇形管立式高加布置方案，蛇形管高加在高参数机组中应得到推广并有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]蔡锡琮.高压给水加热器[M].北京：水利电力出版社，1995.

[2]凌峰. 蛇形管式高压加热器在大型火电机组中的应用[J]. 电站辅机, 2014, 35(3):5-7.

[3]王泳涛，张新春，陈炜.双列高加在1 000 MW超超临界机组中的应用[J].电力建设，2006(8)：32-34.

[4]张志刚，U型管高压给水加热器有限元分析[J].机电信息，2014(18)：157-158.

[5]史进渊，林振坤，柳惠龄.卧式高压给水加热器的可靠性分析[J].动力工程，1993(3)：53-58.

[6]范旭光.高压给水加热器水位变化对机组经济性的影响分析[J].机械工程师，2012(7)：185-186.

(本文责编：齐琳)

中图分类号：TM 311

文献标志码：B

文章编号：1674-1951(2016)05-0041-02

收稿日期：2016-01-20；修回日期：2016-05-01

作者简介：

闫哲(1987—)，男，江苏扬州人，工程师，工学硕士，从事电厂汽轮机检修、基建管理方面的工作(E-mail:yz_jrhd@126.com)。