一、 前言
百万核电常规岛汽轮发电机组（TG）在采购过程中是一个系统集成合同，由汽轮机本体、发电机本体、凝汽器部分、汽水分离再热器、辅助系统和控制监测系统组成。其中凝汽器部分主要功能是蒸汽在汽轮机完成做功后，在凝汽器中把蒸汽凝结为水，并去除不凝性气体的作用，是二回路汽水循环中的关键设备。凝汽器部分主要包括喉部、壳体和热井、管束、中间管板、带人孔的水室、循环水进出口接管、疏水扩容器、喉部抽汽管道及相应的膨胀节、减温器等部套。在百万核电设计中，凝汽器的管束都是模块供货，在工厂组装完成后模块供货。
百万核电TG合同中，凝汽器部分金额在设备投资中约占到8%左右，其中凝汽器换热管（一般为钛管）是凝汽器成本重要组成部分，占到凝汽器整体成本约75%，占到TG总合同投资成本约6%左右。随着核电建设步伐加快，核电发电成本将面临火电、水电等新能源电力的竞争压力不断加大，降低核电建设成本，提高核电上网竞争力，是核电企业面临的严峻问题。因此，降低设备采购成本是减少核电投资的一个关键因素，本文提出了一个创新解决方案，利用一种新型的换热管技术，提高凝汽器换热效率，减少凝汽器的换热面积通过“减肥、瘦身”，最后达到“增益”的目的，减少三代新型核电建设设备投资成本。
二、 国内自主百万核电机型凝汽器设计方案
国内自主百万核电机型凝汽器设计总则通常为：在汽轮发电机组的额定工况下，根据循环水入口温度和每台机组的循环冷却水量，一定的凝汽器设计背压下，设计凝汽器为单流程。结合凝汽器和汽轮机的性能曲线（汽轮机背压和热耗的曲线，凝汽量、冷却水量、冷却水温度和背压的曲线，背压和功率增长的曲线，凝汽器冷却水阻力曲线。）按照HEI标准进行设计。
参考国内某个最新型三代核电项目自主汽轮机设计方案，凝汽器设计如下：
1.1每台机组数量 2台
1.2安装地点 室内
1.3循环冷却方式 单流程
1.4汽机旁路系统 有（85%TMCR主蒸
汽流量）
1.5循环冷却系统
a. 水质 海水
b. 循环水进口年平均温度 23.3℃
c. 循环水进口最高温度 35.6℃（暂定）
d. 最热三个月累计频率10%的日平均水温 28.8℃（暂定）
e. 水处理方式 氯化
f. 管束内循环水平均流速 ≤2.4 m/s (钛管)
1.6 凝汽器热井水量保持时间（额定工况凝结水量） 5min
1.7凝汽器壳体模块初步设计数据如下：
外形数据：长x宽x高=26380mm x 10500mm x 18500mm
凝汽器换热面积：107000 m2
换热管尺寸：φ25
换热管材料：有缝钛管
换热管型式：光管
三、凝汽器创新解决方案
通常凝汽器换热管选择都是钛焊接光管，换热效率基本保持稳定，凝汽器都是根据HEI设计标准进行设计。根据目前了解，现在市场上凝汽器换热管最新的技术成果是法国一个公司研发成功的一种专利螺旋表面换热管（HELIX TUBES）。这种螺旋换热管主要采用了类似于核电站汽水分离再热器的翅片管技术，通过挤压成型的螺旋式换热管，有效的增加了传热面积，并且在冷却管侧易于产生湍流，显著提高管侧（冷却水）换热效率。HELIX换热管主要显著性能如下：
换热效率提升（与光管比较）：大于40%，
有限的压力降：凝汽器总体压力降通过设计可以控制在30%-150%之间（与光管对比），
清洗：良好的清洁能力
振动：较低的振动特性（共振频率低于10%）
设计标准：按照ASTM尺寸公差设计
兼容标准胀管设计
应用及优点：
对于新建项目，凝汽器根据厂址条件进行适应性设计，优点如下：
换热管可以缩短（管束设计改变）
换热管总体成本降低
在夏季较低的功率损失，运行收益
能够有效减小凝汽器体积，增加检修空间，降低厂房面积和土建成本。
四、创新方案经济性提升分析
4.1 设备本身角度经济性提升分析
采用这种创新换热管技术，一般换热效率提升30~40%，但是钛管采购成本相应提升，单价提升25%左右，经过经济型分析，项目凝汽器造价总体能够降低9.4%左右，考虑到首次采用新技术，设计、制造等成本上升的因素，凝汽器可考虑20%的风险成本，造价降低预算1000万元左右。随着凝汽器换热面积缩小，带来凝汽器体积减少，带来的厂房土建投资降低、安装检修空间增加，都能带来潜在的收益。以该项目凝汽器为例：新方案凝汽器壳体管束长度直观的可以缩短30%，约6米，凝汽器总体长度可以缩短6m，将近常规岛厂房土建半跨的长度（该项目最长一跨宽13米），这给常规岛厂房的土建设计、安装布置都将带来便利，那怕能节约1m的厂房跨度，土建投资将节约400万元。
4.2 从机组经济性分析
核电机组是基荷能源，机组年运行小时数都在7000多个小时，经济效益非常可观。机组从系统设计开始综合考虑机组的投资、运行费用，电厂收益，以获得最佳的经济效益。使用这种螺旋表面换热管能够强化汽轮机排汽的换热，降低凝汽器端差，进而降低机组背压，提升出力，最终提高经济性，如果背压降低0.1Kpa,出力提升约1MW，机组运行60年，机组经济性提升约1.8亿元。
总之，如果在新项目，从冷端设计开始综合考虑机组投资费用、运行费用，使用这种螺旋表面换热管，直接设备投资保守估计节约1000万元，土建和机组经济性潜在提升估计在亿元以上。
五、创新方案安全性、创新性提升分析
该创新方案在核电站使用还处于初始阶段，螺纹管在民用市场已经有较长时间的应用，在国内火电市场，改造机组有使用业绩，机组经济性都有可观的提升。另外，凝汽器用螺纹管换热管供应商比较少，目前看只有法国公司有比较成熟的技术、制造、检测能力，并且在火电和核电已经开始应用，运行业绩已经5年以上。今年来，国内凝汽器钛管供应商持续投入科研开发，已经开发出火电、核电用凝汽器钛焊接管，并在火电、核电市场陆续供货，打入国际市场，后续可以联合国内知名的凝汽器钛管供应商，进行国产化开发，降低螺旋换热管的生产成本，进一步提高经济性。
六、总结
无论是核电市场还是火电市场，凝汽器用钛焊接管都是采用光管，虽然法国公司开发螺旋表面换热管技术已经得到试验室验证，并开始在火电等市场推广应用，核电产品本身可靠性要求相当苛刻，因此这种螺旋表面换热管还需要市场和用户的认可，就像其他新的技术和产品一样，需要一个接受的过程。随着核电建设步伐加快，核电发电占比已经显著提高，已经达到5%以上，核电上网电价越来越接近市场水平，核电建设成本压力越来越大，国内核电行业需要不断提高机组经济性，增强竞争力，因此，通过技术创新，使用新技术，优化机组设计，降低设备和土建投资、提高机组经济性，通过“减肥、瘦身”，最后达到“增益”的目的。
参考文献：
1、广东核电培训中心编，《900MW压水堆核电站系统与设备》，原子能出版社，2009
2、魏星,李艳超.国内1000MW火电汽轮机结构性能优化对比与分析[J].电站系统工程,2017,33(03):46-48+50.
作者简介：张志恒，1974年，男，大学本科，目前从事核电项目设备管理工作。