核動力工程板式換熱器在CARR中的應(yīng)用韓海芬，張金山，姜百華，莊毅（中B*子能科學(xué)研究院反應(yīng)堆工程研究設(shè)計所，北京，102413）摘*：著重介紹了CARR工程中重水換熱器、主換熱器的選型及設(shè)計過程。通過安全性和經(jīng)濟(jì)性等方面的對比，可以看出板式換熱器比套管式換熱器更具有優(yōu)越性。
1述中國先進(jìn)研究堆（CARR）的反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)、重水冷卻系統(tǒng)、應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)是CARR的重要系統(tǒng)。
反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)是通過冷卻劑將堆芯熱ft載出，利用主換熱器將熱量傳至二次冷卻水系統(tǒng)。該系統(tǒng)的堆外部分由并聯(lián)的4組主循環(huán)栗、主換熱器以及有關(guān)閥門和管線組成。
重水冷卻系統(tǒng)利用2臺重水栗將重水貯存罐內(nèi)的重水通過重水換熱器輸送到重水箱，通過重水箱的出口溢流入重水貯存罐，形成重水循環(huán)回路，將重水箱的熱ft傳給二次冷卻水系統(tǒng)。
應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)的功能是在反應(yīng)堆事故工況下能確保堆芯得到充分冷卻，使堆芯的溫度保持在安全限值內(nèi)，防止燃料元件損壞。
以上3個重要系統(tǒng)都需要換熱器來進(jìn)行熱量傳遞，因而換熱器是系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它的好壞對執(zhí)行系統(tǒng)功能起著舉足輕重的作用。
2換熱器的設(shè)計由于重水熱器里的介質(zhì)為重水和二次冷卻水，主換熱器和池水換熱器里的介質(zhì)為去離子水和二次冷卻水，針對介質(zhì)的不同，對密封的要求也不同，所以，本文對換熱器的設(shè)計將根據(jù)介質(zhì)的不同分重水換熱器的設(shè)計、主換熱器和池水換熱器的設(shè)計來闡述。
2.1重水換熱播的設(shè)計由于重水價格昂貴，受中子輻照后具有放射性。為了避免重水的泄漏及防止放射性對環(huán)境的污染，所以重水換熱器的設(shè)計必須具有密封可霏、放射性防護(hù)及容積小的特點(diǎn)。
2.1.1放射性防護(hù)設(shè)計主要有2個方面：①防止內(nèi)漏。要保證輕水側(cè)壓力大于重水側(cè)壓力，這樣，一旦泄漏輕水便漏入重水中，環(huán)境不受污染；②防止外漏。要在換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計中體現(xiàn)。2.1.2材料選用在確定材質(zhì)時主要考慮了流體的水化學(xué)特性、與接觸材料的電化學(xué)及熱相容性、抗沖刷及抗腐蝕性能、耐輻照性能、加工性能（包括可焊性）、延展性等。綜合以上各項要求，確定換熱器的主要材料為0Crl8Nil0Ti，二次水管箱的材料為20鋼，與回路系統(tǒng)管道材料一致。2.1.3換熱器的結(jié)構(gòu)及材質(zhì)確定2.1.3.丨初步設(shè)計階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計初步設(shè)計時重水換熱器采用的是臥式、逆流、單程的套管式換熱器。該換熱器具有豐富的運(yùn)行經(jīng)驗，同時二次冷卻水流經(jīng)內(nèi)管，重水逆向流經(jīng)內(nèi)管與外管間的環(huán)隙，這樣可以在重水充裝量盡量少的情況下得到篼的傳熱效率。2.1.3.2板式換熱器的確定進(jìn)行施工設(shè)計時，了解到璀典AFLAF公司對制造應(yīng)用于重水方面的板式換熱器有很長的歷史，有豐富可靠的設(shè)計、加工、制造經(jīng)驗。
與套管式換熱器相比，板式換熱器便于組裝和拆卸，有利于清洗與除垢，清洗頻率低，清洗時間少，不需定期檢，故障率很低。當(dāng)板的結(jié)構(gòu)材料為金屬時，單位傳熱面的價格比管材便宜。由于流道中流體的高度湍動，換熱器中結(jié)垢的可能性大為減少，且傳熱系數(shù)比較高。其結(jié)構(gòu)見圖丨。2種換熱器的參數(shù)比較如表1所示。
表12種換熱器各種參數(shù)的比較Table參數(shù)套管式換熱器財換晷重水1二次水重水側(cè)二次水*熱功*/MW流量/m3人口度/*c出口瀑度/T阻力l*/m（水柱）液料占地面積（長X寬y換熱器臺數(shù)/臺從表i可見可以發(fā)現(xiàn)板式換熱器比套管式換熱器具有以下優(yōu)點(diǎn)：⑴體積小，占地面積小，減少了資金投人。
運(yùn)行費(fèi)用少。由于重水換熱器采取的是逆流的型式，為了減少放射性外泄，必須保證輕水側(cè)壓力大于重水側(cè)壓力，即二次水出口壓力大于重水入口壓力。從表1不難看出，使用板式換熱器比使用套管式換熱器減少重水泵及二次水泵的揚(yáng)程分別為25.7m和19.86m，同時減少二次冷卻水的流量674m3/h，降低了運(yùn)行費(fèi)用。
重水換熱器由套管式改為板式，并且由原來的2臺變?yōu)?臺，節(jié)省了大大小小共21個閥門、數(shù)十條管線，將部分管道的規(guī)格由原來的<>219x8改為4>159x6，簡化了管路布置，檢修更簡單、方便，減少了重水外漏的隱患，同時節(jié)省重水1.8m3（價值人民幣396萬元）。
維修、清洗更容易、方便。
價格低。板式換熱器的制造、加工及設(shè)計總價約為7.5萬歐元（合75萬人民幣），而套管式換熱器的加工制造價格約為150萬元/臺，2臺套管式換熱器總造價要達(dá)到300萬元。
通過上述分析，在施工設(shè)計階段以板式換熱器代替了原套管式換熱器設(shè)計。
2.1.3.3板式換熱器材質(zhì)的選擇設(shè)計中板片材質(zhì)和墊片材質(zhì)的選擇也很重要。根據(jù)流體水質(zhì)指標(biāo)，確定板片仍然選擇0Crl8Nil0Ti，墊片選擇NBR（丙烯腈丁二炔橡膠）。典AFLAF專家認(rèn)為：在重水系統(tǒng)的應(yīng)用中，常規(guī)片的板式換熱器已經(jīng)足以保證其不泄霈，這是因為重水不對墊片造成任何腐蝕，通常情況下，在重水中應(yīng)用的墊片5年左右才需更換一次�？紤]到重水外泄會造成對環(huán)境的影響及一定的經(jīng)濟(jì)損失，所以選擇了半焊接式板式換熱器，即流通重水的兩個板片用激光法密封焊，流通二次冷卻水的兩個板片采用常規(guī)墊片連接，使得設(shè)計更加安全、經(jīng)濟(jì)、合理和先進(jìn)。密封焊的結(jié)構(gòu)如所示。
2.2主換熱器和池水換熱器的設(shè)計由于主換熱器和池水換熱器內(nèi)的流體介質(zhì)均為去離子水和二次冷卻水，主換熱器為安全二級，池水換熱器為安全相關(guān)級，所以，此處的設(shè)計推述只針對主換熱器。
主換熱器選用的型號是M30*FD.此換熱器與韓國使用的HANARO的主換熱器是同一廠家同一型號，該換熱器至今已使用了丨年，其使用經(jīng)驗值得借鑒。在字10年期間，更換了2次墊片。實際上墊片的更換周期取決于換熱器工作的情況，因為墊片采用壓緊的方法固定在換熱器的槽內(nèi)，經(jīng)過加壓后發(fā)生變形，不會恢復(fù)到原狀態(tài)，所以運(yùn)行時如果不發(fā)生泄漏或換熱器不能滿足換熱效率的情況就不要拆卸換熱塍板片3結(jié)束語板式換熱器在國內(nèi)研究堆中的應(yīng)用尚首次，目前該設(shè)備已進(jìn)人安裝階段。由于此設(shè)備占地面積小，運(yùn)行費(fèi)用低，檢修周期長且易于維修，投資少，有理由相信板式換熱器在研究堆領(lǐng)域中得到進(jìn)一步的應(yīng)用。
