第三代核电AP1000机组高压加热器设计及运行特点介绍

摘 要：第三代核电AP1000机组的高压加热器回收汽轮机高压缸的抽汽、汽水分离再热器的疏水的热量对给水加热，提高了机组热力循环的效率。本文简述了AP1000核电高压加热器的工作原理与作用、构造与加工工艺、设计布置以及运行要求等内容。

关键词：第三代核电AP1000机组；高压加热器；原理；工艺；设计；运行

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.017

AP1000核电机组属于第三代核电非能动型压水堆技术，运行更安全、经济。常规岛部分的高压加热器（简称高加）是第三代核电AP1000机组回热系统中重要的给水加热设备，对机组二回路运行的经济性起到重要的作用。

1 高压加热器工作原理与作用

高加是AP1000机组二回路的系统设备，采用管板-U型管式的表面式换热器。二回路给水流经管侧，与壳侧的汽轮机高压缸抽汽、汽水分离再热器疏水通过U型管壁进行传热，经加热达到设计温度，再进入蒸汽发生器与一回路冷却剂换热。加热工质（饱和蒸汽）与被加热工质（给水）相互不混合，饱和蒸汽放热并逐渐凝结为过冷水经高加疏水口排出。

高加主要通过提高进入蒸汽发生器的给水温度，回收汽轮机高压缸抽汽、汽水分离再热器疏水中的热量，提高朗肯循环的热效率，从而提高AP1000机组的经济性。此外，高加还为排出高压缸抽汽、汽水分离再热器疏水中不凝结气体提供排气管道，从而保证加热器的传热性能。

2 高压加热器构造与加工工艺

AP1000机组高加壳体为碳钢，管束为TP439不锈钢管，管板材料为20MnMoⅣ。管束与管板的连接均采用焊接加液压胀接的工艺。每台高加主要包括水室组件、管束组件和壳体。详细结构如图1所示：

（1）水室组件。水室组件包括水室内件、水室封头、进水管、出水管以及人孔座。各项组件的加工工艺要符合高加技术的标准要求，严格控制工艺误差，以免影响高加在核电机组中的运行效果[1]。

（2）管束组件。管束组件的加工是高加技术工艺的关键，管板、U型换热管、隔板、管箱、支撑板等的加工工艺较多，如：深孔加工工艺、组立加工工艺、穿管加工工艺等，同时配合好胀接、焊接的方法，使换热管壁与管板孔完全接合。管束组件中，采用氦检漏的方法，保障管组的稳定性，同时清洁，维护管束组件的可靠性。

（3）壳体。AP1000机组高加壳体装有加热蒸汽入口管、疏水进出口管、安全阀接口、不凝结气体出口管和仪表测量接管等。

（4）水压试验。为验证高加的强度和密封性，需进行水压试验，试验合格方能保障高加的热力性能指标和强度安全指标满足设计要求。水压试验尽量一次性合格，待水压试验完成后，采用干燥机清洁高加的水室侧以及壳体侧面。

3 高压加热器设计与布置

AP1000机组采用7级回热循环，高压加热布置在第6、7级。两级给水加热两列并联布置，每列包含两个串联的卧式给水加热器。每台高加的壳体侧均设有安全阀，防止超压。设计在5%堵管率时高加的性能仍能满足规定的性能参数要求，在达到10%堵管率前不需更换管束，且能够满足给水加热与机组安全稳定运行的要求。高加在AP1000机组运行期间允许解列，解列时，主给水经旁路为蒸汽发生器提供给水。一列高加隔离后，另一列运行中的高加仍可通过75%的给水流量。正常情况下，汽水分离再热器一级再热器管侧疏水流入汽水分离再热器一级疏水箱，汽水分离再热器二级再热器管侧疏水流入汽水分离再热器二级疏水箱，然后均疏水到7号高加。正常运行时，7号高加水位由正常疏水调节阀控制，疏水逐级自流到6号高加，6号高加水位由正常疏水调节阀控制，疏水逐级自流到除氧器。在机组启停低负荷阶段及高加高水位等异常情况下，高加水位由紧急疏水调节阀控制，疏水到凝汽器。

AP1000机组高加管束为偏心布置，增加了凝结空间，保障了疏水冷却段的水密封效果。为保障高加较高的传热效率，设计了排气装置，在机组运行过程中可连续排出不凝结气体。排气通过逐级排放的方式，最终集中排放到除氧器内。

4 高压加热器的运行要求

高加在启动前期，需进行预加热。除氧器内先充满水，靠重力作用充满高加的管路和管束，以实行预热，期间要控制好管板的升温速度，不能超过2.8℃/min，打开抽汽阀门时要缓慢，以实现均匀预热。当机组在启、停或其他瞬态工况时，高加内的工况也出现波动，此时要控制好高加给水的出口温度，温度变化速度不能超过2.8℃/min，以免发生异常问题。高加短期无须运行时要进行湿保养，长期停运要充氮保养，以维持高加的设备性能。核电机组运行事关核安全，当出现高加内压力、给水出口温度发生变化，疏水液位变化异常，负荷平稳时疏水流量、温度突然变化等异常现象时，要及时采取措施，防止高加故障影响机组系统和设备的安全稳定运行。

5 结束语

本文简述了第三代核电AP1000机组高压加热器的工作原理与作用、构造与加工工艺、设计与布置方式以及运行要求等技术内容，目的是从设计、制造、调试、运行角度帮助了解AP1000高加系统设备，认识其在AP1000机组系统设备运行中起到的作用，从而安全、经济的运行AP1000核电机组。

参考文献：

[1]王立昆，王新红，刘银河.AP1000核电机组高压加热器制造技术[J].压力容器，2014（05）：75-78+35.

作者简介：柏烨（1990-），女，陕西西安人，本科，研究方向：核电运行。