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不锈钢管凝汽器不适用的因素

不锈钢材料在凝汽器的管材上应用从60年代就开始。目前在美国60%以上凝汽器管材采用不锈钢管。使用长度达24384万米,已安装在凝汽器上管材中有96%以上仍在使用。欧州国家中有德国、法国等公司在70年代左右开始 用不锈钢管作凝汽器的管材。我厂在95年就开始不锈钢管凝汽器的开发研究工作,收集了国内外不锈钢管的生产情况、材料种类和规格,以及采用不锈钢管作为冷却管的设计、制造、使用方面资料和情况。我厂为了确保不锈钢凝汽器质量可靠性,做了许多工艺性试验工作,如:不锈钢复合板与不锈钢管的胀管试验和焊接工艺试验。通过我厂的努力已取到东北七台河、江西省九江电厂、安徽省合肥电厂、广西来宾电厂的350MW机组凝汽器以及吴泾电厂八期2号机的不锈钢管凝汽器的设计制造任务。同时与几个电厂正在洽谈,用冷凝器铜管改为不锈钢管的改造项目。
不锈钢管凝汽器优于是铜管凝汽器有:
1. 抗冲蚀性好。能够抵制蒸汽带水滴在高速中的冲击碰撞。早在19世纪五十年代中期,美国就开始在管束周边布置不锈钢管。我厂在八十年代初,就在邹县、渭河、潍坊、常熟电厂中都采用不锈钢管作外三排,使用至今情况良好。
2. 抗氨腐蚀性能好。氨性介质能引起铜管应力腐蚀裂纹,也可导致凝结水腐蚀即称氨腐蚀,而采用不锈钢管,就可不需要采用其他防腐蚀措施。
3. 抗水侧冲击腐蚀和疏化物腐蚀的性能优良。管端可以不需要硫酸亚铁保护。
4. 采用不锈钢管凝汽器后,机组可以采用无铜管子系统,并且PH值可以提高,减小腐蚀产生率。

5. 采用不锈钢管的凝汽器,可以与钛管凝汽器一样做到凝汽器无泄漏,可以节省铜管凝汽器的换管和检修维护工作,它的使用寿命是铜管的3~4倍,达到与主机同样寿命30~40年。
6. 采用不锈钢管凝汽器冷却水速度可提高至2.3m/s,最高可达
3.5m/s,这样既可提高总传热系数,又可使冷却管内杂质的带走。不锈钢管的表面比较光泽,不易结垢,其清洁系数可以提高至0.9。
7. 不锈钢管凝汽器的冷却水能适应于溶解固形物≤2000mg。
8. 由于不锈钢材料强度和弹性模量都比铜材高,所以抗震性能好,因此相同直径的管子隔板之间距离可比铜管大。并且可以采用有缝薄壁焊接管。尽管不锈钢管子价格比铜管贵,但是相同传热面积的管材重量将比铜管轻一半左右,因此凝汽器管材总价二者几乎接近。 不锈钢管凝汽器不适用的因素:
1.对氯化物比较敏感,所以不锈钢管使用时,对氯化物有限制额。
TP304
TP439
TP316
AEBXN
AL29-4C <100PPb <100PPb <500PPb 浓缩海水 浓缩海水
2.不锈钢管子和铜管板会产生电化腐蚀、锌腐蚀,故要采用阴极保护。
3.在停机时,有钙酸物沉积,不锈钢TP304及TP316会产生点腐蚀,因此在机组长期停运前,应用清洁水冲洗水室和管子,并打开水室盖板,风干两天以免水滴蒸发后FeCl-1浓度过高而产生点蚀。
另外,国内外一些电力制造公司建议采用不锈钢波纹管代替铜管,其传热效果可以增加25%~30%,但相同直径的管子阻力损失要比光管大,而且在国内大型凝汽器中使用尚无业绩。
因此基于上述情况,建议老机组的凝汽器改造或铜管泄漏严重

时,可采用不锈钢管代替铜管。
不锈钢管可行性分析
技术性分析
1.传热性能:对发电机组凝汽器,当冷却管材料由不锈钢代替海军黄铜时,其传热变化为:传热管两侧放热条件无变化,即两侧放热形式 和放热系数相同,仅为传热管的材料和壁厚引起的管壁热阻变化,但是壁厚影响的变化比较小,如图1所示:
壁厚影响仅占总热阻的2%,而材料的影响比较大,根据HEI标准海军黄铜的材料传热系数为1.01(管子φ25x1),而不锈钢的材料传热系数为0.89(管子φ25x0.6),因此可以看出相同规格的管子材料传热系数不锈钢管要比铜管低11%左右。但是由于总传热系数与速度是平方根的关系,因此当不锈钢管的冷却水速由铜管的2m/s提高到2.3m/s时,其总的传热系数可提高7%,并且不锈钢管的表面光泽,清洁系数也可提高到0.9,这样两者的总传热系数基本接近。
清洁系数z
材料系数m
水速V 铜管 0.85 1.01 2m/s 不锈钢管 0.9 0.89 2.3m/s
铜管传热系数:
251k2.7050.989101.0.8523.248
不锈钢传热系数:
250.6k2.7050.9890.890.9.332498. 2505.k2.7050.9890.910.92.33323. 例在1958年美国不锈钢管制造商和电力公司在the Edge Moor Generating Station of Delmarva Power 做了一半铜管和一半不锈钢管的工业试验,其结果如图2、3所示:

从试验说明不锈钢管总的传热系数不一定比铜管差,并且在运行一段时间后不锈钢管更为优越。其原因是污染和结垢的冷却管会给热传递带来不利影响,腐蚀物和结垢所造成的绝热现象,最大可使热传递系数降低50%。
2.管束振动问题:不锈钢材料强度和弹性模量都比铜材高

不锈钢 σb 392MPa σb 510MPa E 10.30MPa 104 E 19.81MPa 104 抗震能力要比铜管强,
但是由于原来管束抗震计算是根据管子的自振频率要避开汽轮机的转速3000转/秒时而引起的共振,从而得出隔板之间距离比较大。而现在管子振动计算是根据美国HEI标准关于预防汽流激振的经验公式,即汽轮机排汽口达到音速的条件来确定凝汽器冷却管的最大跨距值,以确保凝汽器冷却管不致于振动而损坏,其计算结果约为900mm,所以可视原凝汽器隔板距离而定,是否需要增加小隔板。
3.抗蚀能力提高。不锈钢耐冲蚀和耐腐蚀性能远远好于铜管,但奥氏体不锈钢对氯离子腐蚀能力差。可依据冷却水中氯离子的含量, 选取不同的不锈钢管,当冷却水中氯离子含量较少时均可采用TP304、TP304L,当水质中氯离子含量高时可采用TP316L、TP321等。
4.管子与管板连接。若管板采用不锈钢复合板,那么管子与管板可以采用胀接和密封焊,保证凝汽器无泄漏,使用寿命可达30~40年,如果单换管子,管子与管板采用胀接,为了确保连接处的不泄漏也可用密封胶或者管板开槽。
5.不锈钢管的制造工艺。不锈钢管强度和弹性模量比其他材料尤其是铜管来得高,塑性好,延伸率高。我厂为了保证不锈钢凝汽器质量专门进行了工艺性研究,管子和管板的胀接质量和密封质量经过多次试验得出:
(1)不锈钢管需要采用5珠胀管器反复辗压多次,施压较均匀,内壁变形幅度小,可以减小裂纹产生的可能性。
?2? 管孔的设计和加工精度对胀接质量有重大影响,从试验结果证
明名义间隙保持在0.3mm左右时情况最好。
?3? 管子和管板端口保持清洁。
?4? 封焊:焊接电流为84~88,气体流量8~12升/分,焊接时间为25
秒/周,脉冲频率2次/秒。
焊接后管子和管板的拉脱力为16000N,管子截面承受的单位极限压力与不锈钢屈服强度σ3=210Mpa之比为1.9,胀接要求完全满足设计要求。
经济性分析:
1.以往大家都觉得采用不锈钢管作凝汽器的价格比较贵。但是实际上并不是这样。由于技术发展,如今发达国家不锈钢管子是采用有缝的焊接管。先制成不锈钢带,然后经卷成形、焊接、热处理、矫直定尺、切割、气压检查、无损探伤、消 除应力处理,到包装出厂的全过程有一条自动生产线。这样焊接管的质量完全可以达到无缝管的质量标准,而且有缝不锈钢管比无缝不锈钢管的管壁厚度更均匀,保证了管子胀接质量,有缝不锈钢管价格比无缝不锈钢管要便宜。另外不锈钢管的强度和弹性模量都比铜管高,所以不锈钢管可以采用薄壁管,在相同面积情况下,重量要轻,两者价格基本接近。
2.不锈钢管的凝汽器管子和管板采用胀接和密封焊时,需增加一道焊接工序,因此安装成本略有增加。
3.能杜绝泄漏,对凝汽器维持壳程的真空和保持壳程凝结水的清洁大有好处,减少维修工作,避免了凝汽器泄漏而停机带来的损失。
4.使用寿命增加,是铜管的3~4倍。
三. 老机组凝汽器由铜管改为不锈钢管的方案,以200MW机组凝汽器为例。
1. 管子换不锈钢管,管板换不锈钢复合板,隔板更换新的。凝汽器维持原来的外寸不变。方案如下,技术参数
凝汽器压力
冷却水水温
冷却水水量 铜管 4.9kPa 20℃ 25284M3/H 不锈钢管 4.9kPa 20℃ 27252M3/H
2.1m/s
TP316L
φ 25 0.6,L=9430
16206
不锈钢复合板
7 冷却水管内流速 2m/s 冷却管材料 冷却管规格 冷却管根数 管板材料 HSn70-1A φ 25 1,L=9430 16904 A3管子与管板连接 胀接
方法
冷却水温升
端差
传热系数K
冷却面积
水阻
冷却管重量
面积富余量
9.29℃ 3.3 3.248 12520 44.6kPa 104.1t 2.2% 胀接+密封焊 8.62℃ 3.93 3.104 12000 47.1kPa 56t 1.2%
1). 改造后,管束布置由辐射型管束布置改变为先进的管束排列形式,传热效率高结构布置合理,汽流均匀进入管束。在管束四周有足够中间通道,使部分蒸汽对凝结水进行回热除氧,使凝结水出口含氧量小、过冷度低,提高机组效率。
2).整个机组重量减轻48t左右。 原来凝汽器重量为326.4t,现在凝汽器的重量为278.4t。凝汽器的自重由支承弹簧支承,运行时凝汽器的水室内的循环水及热井的凝结水重量全部挂在汽缸上,由于凝汽器自重的减轻就相应减少支承弹簧的个数,使弹簧支承重量与凝汽器重量一致。
3).循环水量增加,压头增加,这样循环泵需要改造。可以请北京科禹公司进行改造。用于老泵改造只需要更换泵轮及密封环等部件,泵壳出水管及电机等均不需要改造,其特点投资少见效快效果好。详见附件。
4).水室换成新水室。
2. 管子换不锈钢管,管板不变,维持原状。适当增加小隔板,凝汽器维持原来的外形尺寸不变。
200MW机组凝汽器技术数据凝汽器压力 冷却水水温 冷却水水量
铜管 4.9kPa 20℃ 25284M3/H
不锈钢管 4.9kPa 20℃ 27252M3/H 2.088m/s TP316L
φ 25 0.6,l=9430 16300 A3 胀接 8.62℃ 3.93 3.094 12070 47.1kPa 56.4t 1.57%
冷却水管内流速 2m/s 冷却管材料 冷却管规格 冷却管根数 管板材料
HSn70-1A φ 25 1,l=9430 16904 A3
管子与管板连接 胀接 方法 冷却水温升 端差 传热系数K 冷却面积 水阻 冷却管重量 面积富余量
9.29℃ 3.3 3.248 12520 44.6kPa 104.1t 2.2%
1).即把铜管φ25 1换成不锈钢有缝管φ25 0.6,管板维持原状。 2).管子与管板采用胀接,若水室压力高,可采用管板开槽和管子胀接,保证了密封和连接强度。
3).视原凝汽器隔板距离而定,是否增加小隔板。
4).另外循环水量从7.012m3/s增加到7.57m3/s,其它可以保持不变。
总之采用不锈钢管的凝汽器成本可以做到与铜管的基本相同,并且根据上述技术和经济分析都是可行的。本文章来自:www.dkjgglhl.com

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点击次数:  更新时间:2014-12-10 19:00:08  【打印此页】  【关闭
   
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