不锈钢换热管换热系数,超薄壁不锈钢焊接管在电厂凝汽器中的应用

超薄壁不锈钢焊管

在电厂凝汽器中的应用

凝汽器是汽轮发电机组的重要辅助设备之一，凝汽器的运行直接影响机组的运行。 冷凝器一般由颈部、壳体、水室、管束、管板、支撑杆、隔汽板、空冷区、热井等组成，是决定和影响冷凝器负荷和热效率指标的关键设备汽轮机。 它关系到真空度和传热效率，其主要传热部件——换热管是冷凝器中最重要的部件。 换热管的选用对冷凝器的性能影响很大，是冷凝器设计的关键，对整机能效有重要影响，对安全运行具有重要意义整个发电厂。 近年来，由于环境的破坏和恶化，冷却水水质越来越差，循环水中悬浮物、氯离子、硫离子不断增加，对冷凝器冷却要求管道变得越来越高。 不锈钢管 超薄壁不锈钢焊接钢管的用量不断增加，但因其壁厚较薄（0.3-0.7mm），使用受到限制。 随着装备向轻量化、高能效方向发展，以及焊接技术和检测手段的不断成熟，超薄壁不锈钢焊接钢管的用途将越来越广泛。

1 凝汽器管道在电厂中的使用概述

冷凝器换热管的选用主要考虑其优良的传热性能，良好的耐腐蚀、耐冲刷和耐磨性，良好的强度和刚性，经济和加工性好。 表现。

国内冷凝器换热管材料主要有铜合金管、奥氏体不锈钢管、铁素体不锈钢管、铁素体-奥氏体双相不锈钢管、钛及钛合金管，其中铜合金管主要包括黄铜管（H68、H68A )、锡黄铜管(HSn70-1A)、铝黄铜管(HAl77-2A)、镍白铜管(BFe10、BFe30)等，不锈钢管主要有奥氏体不锈钢管TP304、铁素体不锈钢管。 TP439等，以及铁素体-奥氏体双相不锈钢管2205、2507等，钛及钛合金管主要有TA1、TA2、TA10等，以TA2居多。 不同材料的换热管由于自身的特点和成本因素，其应用范围和工作条件也不同。 表1列出了不同材质管子的优缺点，可以作为冷凝器管材选择的参考。

表1 不同材质管道的优缺点分析

近海电厂凝汽器一般采用黄铜管、白铜管等不同型号的铜合金管。 其中，白铜管为Cu-Ni合金，其耐蚀性优于黄铜。 镍的热力学稳定性与黄铜相当。 Cu接近于Cu，实际综合抗腐蚀性能强于Cu。 镍在水或空气中会在表面生成一层纳米级的表面膜，致密、稳定、具有自愈性，因此白铜管可用于高盐水（或海水）和稀酸碱介质中不易腐蚀，但一旦铜管表面有附着物，就会缺氧，产生点蚀。 点蚀是自催化的、潜伏的，危害会很大。 近海区域海水入侵、腐蚀、污垢等原因会导致凝汽器管道严重堵塞和频繁泄漏，对机组安全经济运行产生较大影响。

表2 冷凝器常用不锈钢焊管适用水质

铜合金管在静止液体介质中的腐蚀主要是点蚀，而在流动介质中则发生冲蚀腐蚀。 物质在流动介质中的传输速率增大，腐蚀界面的扩散距离减小，对保护白铜表面的腐蚀产物的冲刷作用具有破坏性，使冲蚀腐蚀速率远大于静态条件下的腐蚀速率。 当凝汽器停机不放水时，硫酸盐厌氧菌因缺氧发生厌氧分解，产生S2-，形成严重的点腐蚀。 同时，缺氧不利于保护膜的修复，使点蚀更加严重，同时可以推断，当B30管表面已经不干净或有腐蚀坑，循环冷却水系统在正常运行时会继续并加剧点腐蚀。 由于铜合金管道抗水污染能力弱，使用维护工作量大，其应用市场主要局限于内陆地区的清洁水域。 近年来，大多采用不锈钢焊管。 在不同的水质条件下，所使用的不锈钢材料也不同。 表2列出了冷凝器常用的不锈钢焊管的水质。 图 1 显示了不锈钢在不同氯化物中的标准等级。 在高浓度氧饱和水中存在点蚀和缝隙腐蚀的风险。 钛及钛合金焊管用于要求比较高的地区和环境恶劣的地区。

图1 标准级不锈钢在不同氯化物浓度下的氧饱和度

以及在水中发生点蚀和缝隙腐蚀的风险

近年来，在内陆地区，由于许多水体受到污染或节水原因，电厂循环冷却水的浓缩比大大提高，许多电厂换热器冷却水水质出现问题。变得越来越糟。 冷凝器等对换热管的耐腐蚀性也提出了更高的要求。 由于不锈钢管比铜合金管具有更好的抗水污染和侵蚀能力，从单位长度的价格比可以看出，与铜镍合金管相比，不锈钢管具有价格优势和明显的竞争优势。

2 超薄壁不锈钢焊管在冷凝器中的应用

随着薄壁轧制焊管技术的研发和成熟，焊接不锈钢管在国内冷凝器中得到广泛应用。 近年来，焊接不锈钢管在国内外新建电厂凝汽器和老电厂凝汽器改造中大量使用，取得了成功的经验和良好的效果。

2015年，佛山市新泽昌不锈钢有限公司签订了价值80亿欧元（合人民币560亿元）的高效燃气发电厂和风力发电项目合同，将使埃及的发电量比2015年增加50%。现有装机容量的基础上。 ％多于。 根据项目计划，2017年夏季前4.4GW并网，14.4GW总功率将在融资完成并收到预付款后38个月内全面并网。 项目建成后，三座电站将成为全球发电量最大的电站。 本项目四台冷凝器的管道均采用壁厚0.4mm的超薄壁不锈钢焊管。 完成管道及水压试验，是世界上第一家在电厂大批量使用0.4mm超薄壁不锈钢焊管的企业。 根据项目的实际运行情况，未来大部分企业会考虑和借鉴西门子的成功经验，在冷凝器中使用超薄壁不锈钢焊管。

由于不锈钢焊管具有良好的耐冲蚀性，可以承受蒸汽与高速水滴的冲击和碰撞，而铜合金管在水流的冲击下会被破坏，局部保护膜会失去其耐腐蚀性。 和硫污染，因此，铜合金会很快腐蚀和穿孔，而不锈钢管由于其自身的特性，可以有效地避免冲击腐蚀和硫化物腐蚀。

超薄壁不锈钢焊管可大量用于电厂凝汽器的主要优点有以下几点。

1）传热性能

不锈钢焊管是以冷轧不锈钢带材为原料，经成型、焊接、热处理制成的高光焊管。 其表面润滑性低，不形成水膜，具有稳定的传热能力。 随着技术的快速发展，焊缝的质量和强度得到了技术的保证。 通过减小管道壁厚，可以进一步改善和增强蒸汽与管道外壁的换热效果。 由于管道内污垢层的热膨胀系数与不锈钢有很大的不同，加热时会因直线曲率的不等变化而自动脱落。 因此，不锈钢焊管具有很强的抗污能力。 虽然铜合金管的导热系数比不锈钢管高很多，但不锈钢焊接管壁光洁度好，清洁度好，清洁系数高，氧化皮厚度小，管内流量大。 合金管大致相当，提高了凝汽器的运行效率，增加了运行效益。

2）管束振动

冷凝器采用超薄壁不锈钢焊管，需要考虑设备振动和水冲击对管道强度和安全性的影响。 采用超薄壁不锈钢焊管替代铜合金管。 由于管壁变薄不锈钢换热管换热系数，比重降低，在设计冷凝器设备时必须考虑管道的最大跨度值，以防止蒸汽流量对管束的影响。 . 管束的最大跨度值根据美国HEI标准防止汽流激振的经验公式确定。 采用超薄壁不锈钢焊管，可以缩小隔板间距，适当增加隔板数量，保证冷凝器管束不受振动损坏，避免设备运行风险。

3）耐腐蚀

在流动的介质环境中，白铜管对流量的增加最敏感，容易发生冲击腐蚀，而不锈钢由于有钝化膜，对冲击腐蚀的敏感性很低。 但在含有大量砂石等杂质的流动介质中，不锈钢的钝化膜容易因冲击破坏而被腐蚀，但其耐腐蚀性仍强于白铜，可有效降低冷凝器腐蚀泄漏造成的经济损失。 根据瑞阳电厂的运行经验，采用铜合金管运行时，单台机组凝汽器腐蚀泄漏每年造成的经济损失超过400万元，是较大的经济损失。

4）显着经济

在传统电厂的凝汽器设备中，常用铜合金管作为换热管。 但与不锈钢管相比，铜合金管由于腐蚀问题，壁厚比不锈钢焊管厚。 单位成本是铜合金管的一倍以上，除了铜合金管传热效率高外基本没有其他优点，而不锈钢管的耐腐蚀性比铜管高很多合金管，使壁厚可以更薄，在一定程度上可以弥补不锈钢管的传热效率。 因此，超薄壁不锈钢焊管的单位成本更低，整机使用寿命更长，设备故障率更低，成本节约更为显着。

3 超薄壁不锈钢焊管的应用趋势

凝汽器是发电厂的重要辅助设备。 以某330MW机组凝汽器为例，其管束由约2万根冷却管组成。 随着用电需求和节能降耗政策的要求，为加大节能降耗力度，国内外发电企业普遍对老式汽轮机进行现代化改造不锈钢换热管换热系数，特别是对与冷端系统密切相关的冷凝器和冷却塔。 、胶球清洗、循环水泵等设备改造可降低汽轮机排汽压力，提高机组真空度，提高产量，提高机组功率而不耗煤，潜力巨大节能。 在管子损坏严重的情况下，保持冷凝器面积不变，外壳不变，直接用超薄壁不锈钢焊管代替铜合金管。 由于不锈钢管具有优良的耐腐蚀性和耐磨性，对冷凝器进行改造后，效果显着，应用趋势将越来越广泛。

不锈钢管本身的高耐腐蚀、耐磨性能，减少了堵管和换管次数，缩短了机组的停机时间。 降低系统腐蚀速率，减少电化学防腐处理设备，降低设备成本。 在冷却面积相同的情况下，超薄壁不锈钢焊管的优越性越来越明显。 许多电厂已经开始直接使用不锈钢管和超薄壁不锈钢焊管冷凝器。

未来，在使用淡水、苦咸水、海水，包括城市污水作为循环水的电厂中，将会有更多的冷凝器采用超薄壁不锈钢焊管，超薄壁焊管的使用冷凝器用不锈钢焊管具有广阔的前景。 （谢毅、李昌义）