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不锈钢在凝汽器的应用可行性分析

时间:2020/9/8 11:00:16  点击量:

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。

不锈钢管凝汽器优于铜管凝汽器有:

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。

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。

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。

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。

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。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。

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。