海水冷却板式热交换器高效率运行的优化措施

赵忠伟

江苏核电有限公司 江苏连云港 222042

1 目前的现状

在电站换热设备中，板式热交换器凭借着其良好的耐腐蚀性能广泛应用于以海水作为冷却水的各类换热系统中。但随着近年来海水污染越来越严重，海生物堵塞、海生物附着成为影响板式热交换器换热性能下降的主要因素。为避免海水杂堵塞设备，国内外沿海电站在设计上，在海水源头设置有粗拦污格栅、细拦污格栅、海水消波池、旋转滤网等设备，有效的海水过滤系统是确保电站机组可靠安全运行的前提条件。为避免过滤后海生物进一步生长或附着在设备表面，在海水取水口及输水沿线设置有加氯点，然而，随着近些年来海水中海生物及其他杂物越来较多，传统方式上的机械过滤和投运加氯系统不能有效控制沿海电站海水冷却系统海生物繁生和堵塞问题。目前海水取水过滤系统主要设置在海水取水源头及海水泵入口处，针对以海水作为冷却水的板式热交换器单独设置的海水滤清洁系统的研究相对缺乏，集中式的海水处理往往引起以海水作为冷却水的板式热交换器的堵塞问题，进而导致热交换器换热效率下降严重。

2 问题的验证

针对某电站某系统海水冷却板式热交换器换热效率下降较快问题，通过和除盐水冷却板式热交换器换热板解体清洗回装后1年期间的污垢热阻进行了对比分析。海水冷却板式热交换器在夏季换热板清洗回装投运后3个月内污垢热阻和海水侧压差迅速升高，海水冷却板式热交换器的污垢形成速度明显高于除盐水冷却板式热交换器，且基本不存在诱导期或延迟时间，在实际污垢热阻高于理论值前不存在趋于稳定的趋势。

通过系统和设备的深入分析，发现换热性能下降较快的原因为：

2.1 板式热交换器海水侧流道堵塞

板式热交换器的换热板之间流道间隙为3.3mm，而用于拦截海水中海生物的位于热交换器上游的旋转滤网的过滤精度为3.5×3.5mm，且旋转滤网因结构原因在投运过程中还会将旋转滤网入口海水中部分杂物带入滤网出口，在运行过程中，那些经过旋转滤网后外形尺寸仍大于板式热交换器换热板间流道间隙的颗粒物就会堵塞板式热交换器的海水侧流道内。

2.2 板式热交换器海水冷却水侧长期处于小流量投运状态，无法达到自清洗效果

受板式热交换器被冷却水侧介质运行温度要求的限制，板式热交换器海水侧在海水温度较低期间只能小流量投运，导致进入热交换器的海水水流达不到理想的湍流效果，无法将泥沙和海生物带出热交换器内部。

2.3 定期反冲洗效果较差

虽然定期对板式热交换器海水侧进行反冲洗，但由于反冲洗管道规格远小于热交换器海水进出口管道，导致反冲洗期间流量较小，只能将板式热交换器部分换热板的泥沙及海生物冲走，达不到对热交换器所有换热板进行整体清洗的效果。

2.4 备用板式热交换器处于非运行状态期间，热交换器内部海生物生长

但随着海生物耐药性提高，部分海生物如藤壶等仍会在板式热交换器海水入口流速较低的流道区域生长，脱落后堵塞换热板的部分流道。由于现场海水冷却热交换器无法长时间维持良好的换热性能，导致需要投入很大的人力、物力对设备进行频繁的解体清洗，导致系统设备失去备用，特别是夏季海水温度高的情况下，严重影响着相关设备和系统的经济可靠运行。

3 解决措施

理论上，提高板式热交换器的换热性能，可以通过增加热交换器换热面积和提高热交换器换热效率来实现。

在进出热交换器的海水流量不变情况下，热交换器的换热面积增加必然导致进入热交换器内部的海水流速降低，这样势必会减弱进入热交换器海水水流的湍流效果，导致热交换器的污垢热阻快速增加。因此，在海水流量等前提条件不变的情况下，采取措施提高现有热交换器的换热效率不失为一种保守、可靠的手段。

提高现有热交换器的换热效率，除了研发新的海水生物抑制剂外，在工程方面可从两方面入手，一是在热交换器海水入口管道增加过滤器，根据经验，过滤器过滤精度可选取换热板槽深值的1/2-2/3，可拦截较大颗粒杂物，避免外形尺寸大于换热板流通间隙的海生物进入热交换器内部。二是在无法对板式热交换器反冲洗管道实施改造的情况下，在定期反冲洗措施的基础上，增加定期全流量投运和板式热交换器定期切换措施，利用大流量介质在换热板间流道内产生的湍流，将换热器内泥沙、换热板表面附着的较小颗粒海生物带出热交换器内部，实现板式热交换器的自清洁效果，避免热交换器内部泥沙和海生物的沉积及海生物的生长。在热交换器海水入口管道增加过滤器方面，有以下两种改造方式：

3.1 在板式热交换器海水入口流道内部增加滤网

通过在板式热交换器换热板组成的流道内部增加滤网，改造工程量较小，简单方便。但在换器流道滤网内部杂物较多时，需要频繁隔离板式热交换器、打开板式热交换器检修孔对滤网进行清洗。

3.2 在海水入口管道上增加过滤器

过滤器有Y型或V型过滤器和自动反冲洗过滤器可供选择，由于Y型或V型过滤器无法自行排污，必须隔离并人工拆除过滤器排污盖、清理滤芯，在用及备用管线的频繁切换，无法保证系统的正常运行。增加压差式自动反冲洗过滤器能够避免频繁的隔离检修。

差压式自动反冲洗过滤器主要由壳体、滤网网片、驱动机构、传动机构、减速机构、排污装置等部件组成。海水中杂物通过滤网时被过滤，阻拦在滤网内表面，当滤网两侧的压力差当达到某一设定值时，控制系统打开排污阀，启动反冲洗转子，当反冲洗转子完全覆盖住一个滤网网片单元区域时，该滤网网片的进水基本被隔离，网片内表面的杂物被滤网外表面洁净海水随排污管冲走，随着反冲洗转子的转动，整个滤网表面就会被清洗干净。当达到系统设定的反冲洗时间后，控制系统停运反冲洗转子，关闭排污阀，清洗结束。