高浓度硼酸水箱电加热器最新改进方案

通过改变电加热器的材料及功率分配、填充新导热介质、增加温度控制装置等措施，解决核电机组高浓度硼酸水箱电加热器的缺陷问题。改进后的电加热器经试验验证，加热性能及安全性得到了较大提高，能确保电加热器长期稳定运行。

0 引言

田湾核电站 3，4 号机组高浓度硼酸水箱加热采用套管式加热器方案，每个水箱配 4 个加热器安装套管，其中 2 个套管安装功率 70 kW 的启动电加热器 AH001，另外 2 个套管安装功率30 kW 的工作电加热器 AH002。加热元件为 U 形金属管束状，包壳材料为奥氏体不锈钢。加热器在套管内通电发热，空气作为导热介质，把热量传导给套管进行加热（图 1）。

电加热器设计形式较为常见，M310 型核电站硼酸水箱采用该加热方式。在 3 号机组调试阶段，对高浓度硼酸水箱进行加热，试验过程中发现电加热器工作异常，检查发现 2 个水箱的启动电加热器AH001（70 kW）均有不同程度的烧损情况，个别加热管出现熔化或熔断现象，部分加热管表面完好；工作电加热器 AH002（30 kW）加热管表面完好。分析电加热器产生缺陷的原因，并进行改进。

1 电加热器的设计配置

在 VVER-1000 型核电机组中，有 2 个直立圆柱型、容积150 m 3 的高浓度硼酸水箱，用于贮存浓度（39.5～44.5）g/kg 的硼酸。每个高浓度硼酸水箱 各 有 2 组 电 加 热 器 AH001 和AH002，均为管式电加热器。其中，AH001 为启动电加热器，功率 2×70 kW，用于预热高浓度硼酸水箱中的硼酸至 75 ℃；AH002 为工作电加热器，电功率 2×30 kW，用于维持高浓度硼酸水箱中的硼酸为（70～75）℃，以减少在安全系统启动并向一回路注入硼酸时对压力容器金属脆性强度的影响。

2 电加热器烧损原因分析

初步分析电加热器损坏的原因：①制造和安装过程中存在缺陷，导致加热器在运行过程中烧坏；②加热元件的表面负荷偏高，

因与套管之间通过静止空气导热，传热效果差，导致加热元件表面温度过高，造成包壳材料烧毁，金属管包壳材料不能满足设计

要求。③该加热器的超温保护通过内部设置的温度开关实现，但在实际运行中温度开关没有起到超温断电的作用，因此不锈钢包

壳材料在高温下出现熔融现象（如温控开关设置在 600 ℃以内，且开关工作正常，不可能出现大面积熔融现象；如元件为电气短路击穿，仅会出现个别击穿点，不可能出现大面积熔融现象）。为进一步探究及证实电加热器烧损的原因，相关厂家制作

了 1:1 的套管和加热器，以及 1 个 0.7 m×0.7 m×2 m 的水箱进行不同功率输出的试验测试，并用热电偶实时监测加热元件表

面温度。水温维持在 75 ℃稳态情况下，当电加热器输出功率为70 kW 时，套管内壁的表面负荷为 9.04 W/cm 2 ，此时加热元件表面平均温度＞870 ℃；当水温升高到 80 ℃，电加热器的输出功率为 53 kW 时，套管内壁的表面负荷为 6.85 W/cm 2 ，此时加热元件表面平均温度 652 ℃，加热器能稳定运行。经查询机械行业标准 JB/T 2379—2016 得知，当加热介质为静止空气时，不锈钢材料（06Cr18Ni10）的表面负荷最高允许值为 5 W/cm 2 ，表面温度最高允许值为 550 ℃。根据试验情况及

相应的标准可以判定，启动电电加热器 AH001 烧毁的主要原因是加热元件表面温度过高。

3 电加热器改进方案

3.1 更换耐温等级更高的包壳材料电加热管包壳材料由原来的奥氏体不锈钢改为耐温等级更约 60%，节省了成本，也减轻了自重。

4 结束语

通过对双梁门式起重机的机构、结构、附属件及电气进行全面的轻量化设计，可以看出轻量化后的起重机质量更好、性能更高、寿命更长，钢结构占比大的起重机成本优势更加明显。而且起重机自重的减轻可显著减低运输、安装成本，以及地基造价成本。