不锈钢管在凝汽器上的应用

对在役机组及新设计的凝汽器采用不锈钢管进行了技术和经济上的可行性分析。

目前国内的凝汽器所用的传热管材绝大多数为铜管,主要是H68HSn70-1等。铜管虽有较高的抗蚀能力,但由于冷却水的水质较差,一般均为河水、地下水或海水等,所以仍有腐蚀产生而使铜管遭到损坏;另外由于铜管与碳钢管板仅为胀接,时常发生泄漏。由于泄漏使凝汽器壳程真空下降和凝结水水质变坏,导致汽轮机效率下降,增加凝结水处理设备。特别是对亚临界和超临界机组,为减少给水对碳钢材料的冲蚀,往往对电厂汽水回路中的水进行处理,并加氨提高给水的pH,这样就导致对铜管的冲蚀,使铜管在高压高温水中与水中的氨作用而溶解于水中,并会析出附着于汽轮机叶片等重要部件上,引起汽水回路中铜的沉积,所以对于大容量和高参数机组的凝汽器管也很少用铜及铜合金管。

近年来国外普遍开始采用不锈钢管的凝汽器,据国外资料介绍,采用奥氏体不锈钢VLX316可以克服一般冷却水水质的腐蚀问题,可用到氯离子含量小于500 mg/L的冷却水,如用VLX290Mo钢可用到氯离子含量小于10 000 mg/L。且由于采用不锈钢管,与管板连接可为轻胀接后再加焊接。这样既可解决铜管的腐蚀问题,又可使不锈钢管与管板的连接处不产生泄漏。所以不锈钢管的凝汽器既可确保不产生泄漏,省去了换管和维护等问题,又可延长使用寿命,一般可达30年左右。

80年代法国的瓦林诺克斯焊接钢管公司(VALINOX WELDED)已研制成针对应用于汽轮机系统的焊接不锈钢管,如凝汽器、给水加热器和汽水分离再热器等。用到凝汽器上的有VLX304VLX316VLX290Mo等。且由于焊接管质量的提高,已达到了无缝管的质量标准,成本又远低于无缝管。这样在国外被广泛应用,依据冷却水的水质的不同可分别采用VLX304VLX316VLX290Mo等。

为此,本文提出在凝汽器上采用焊接的有缝不锈钢管以取代铜管,分为两种形式:一种是对在役机组的凝汽器,在更换传热管时用不锈钢管更换铜管,且可直接胀于管板上;另一种是新设计的直接采用不锈钢管的方案。为在技术和经济上的可行性,作如下分析。

1可行性技术分析

1.1不锈钢管与碳素钢管板的连接

对于在役机组的凝汽器,其传热管一般为HSn70-1Φ25,1 mm的铜管,管板为碳素钢材料;如更换不锈钢管可用VLX304VLX316VLX290Mo等管材,规格为Φ25,0.5 mm。这时的连接可直接采用管端胀接、焊接或胀接加焊接等三种形式均可。对新设计的可采用胀接加焊接的形式,其管板可以采用不锈钢复合碳钢板,不锈钢管经轻度胀接于管板上后,再在覆层上作TIG焊接。

对于仅采用胀接的,很难做到连接处的不泄漏,所以对于铜管的凝汽器,不锈钢管与管板的胀接处不能做到不泄漏,只是泄漏的多少问题;如采用不锈钢管既可做到胀接,又可焊接,从而可以达到其连接处不泄漏,省掉了铜管凝汽器的经常换管和检修维护工作。

1.2传热性能

对于铜管的凝汽器,当管材为H68HSn70-1,规格为Φ25,1 mm,其传热系数一般为2 9063 487 W/(m 2K);如采用VLX304VLX316VLX290Mo、规格为Φ25,0.5 mm不锈钢管更换铜管时其传热系数变化为:此时传热管两侧的放热条件无变化,仅为传热管变化引起管壁热阻变化,由于不锈钢的导热系数低于铜管,所以其管壁热阻增大,不锈钢管两侧的放热热阻不变,则传热系数下降。对铜管的传热系数K=2 9063 487 W/(m 2K),不锈钢管Φ25,1 mm导热系数λ=104.6 W/(mK),则其总热阻R t=1K=0.000 340.000 29(m 2K)/W,管壁热阻为R tt=δλ=0.001104.6=9.6×10-6(m2K)/W;当更换为Φ25,0.5 mm不锈钢管时,其导热系数λ=16.3 W/(mK),管壁热阻R tg=δλ=0.000 516.3=0.000 031(m 2K)/W,则管壁增加的热阻ΔR t=R tg-R tt=0.000 021 4(m 2K)/W,总热阻R g=R t+ΔR t=0.000 361 40.000 311 4(m 2K)/W,传热系数K g=1R g=2 7673 211 W/(m 2K);传热能力下降约6%

这样对于在役的凝汽器或新设计的凝汽器用不锈钢管取代铜管时,传热能力下降6%,但影响不大,因一般铜管凝汽器都有近5%10%的余量,允许堵5%10%不锈钢管,采用不锈钢管由于不存在泄漏问题,可不考虑余量。

1.3管束振动

当用薄壁不锈钢管取代铜管时,由于管壁减薄,且密度又比铜小,所以其管束的固有频率将会下降,即有产生振动的可能,为此应经振动校核计算,估计对在役凝汽器有可能要适当增加隔板。

对判断凝汽器管束是否产生振动破坏,推荐三种校核方法,第一种是共振理论,即流体流经凝汽器产生各种激振频率不与管束固有频率相重合,而不产生共振,则不会引起产品破坏;第二种是强度理论,即流体流经凝汽器相当于给凝汽器一种作用力—振动力,当这种振动力小于凝汽器管材的许用应力时,凝汽器不会产生破坏;第三种是能量理论或称阻尼理论,即流体流经凝汽器产生激振力,相当于对凝汽器做功,当做功的能量大于凝汽器本身所具有的阻尼能量时,凝汽器会处于不稳定状态而引起振动破坏。这三种方法同时满足要求,方可确保不会产生振动破坏。

1.4抗蚀能力

不锈钢的耐冲蚀和耐腐蚀性能远好于铜及铜合金,但不锈钢抗氯离子(Cl-)腐蚀能力较差,可依据冷却水中氯离子的含量,选取不同材料的不锈钢管。对一般冷却水氯离子含量较低时(小于500 mg/L)均可采用VLX316钢。

2可行性经济分析

2.1管材成本

1 00MW机组的凝汽器为例,传热面积为6 815 m 2;传热管材料为HSn70-1,规格Φ25,1mm,长度8.4 m,数量10 330;质量55.6 t。如换成相同传热面积的不锈钢管,其传热管为VLX316材料,Φ25,0.5 mm,长度8.4 m,数量10 330,则质量为26.2t

铜管价格按3.5万元/t,则铜管总价为194.6万元;不锈钢管价格按7万元/t,则不锈钢管总价为183.4万元。如不锈钢管壁厚取0.6 mm,则质量为31.5 t,总价为220.5万元,由此可见当不锈钢管壁厚选0.5 mm0.6 mm,其管材成本与铜管的相当。

2.2能杜绝泄漏

对维持凝汽器壳程的真空和壳程的凝结水水质大有好处。

能大大减少维护和更换不锈钢管的工作量,且能提高使用寿命,与铜管比可提高1倍以上。

制造成本略有增加,不锈钢管与管板连接采用胀接加焊接,增加了焊接工序成本。

总之采用不锈钢管的凝汽器的成本可以做到与铜管成本相当。

根据上述技术和经济分析,对凝汽器的传热管推荐采用薄壁的有缝的焊接不锈钢管。

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|不锈钢换热管

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