超薄壁不銹鋼焊管

在電廠凝汽器中的應(yīng)用

凝汽器是汽輪發(fā)電機(jī)組的重要輔助設(shè)備之一，凝汽器的運(yùn)行直接影響機(jī)組的運(yùn)行。 冷凝器一般由頸部、殼體、水室、管束、管板、支撐桿、隔汽板、空冷區(qū)、熱井等組成，是決定和影響冷凝器負(fù)荷和熱效率指標(biāo)的關(guān)鍵設(shè)備汽輪機(jī)。 它關(guān)系到真空度和傳熱效率，其主要傳熱部件——換熱管是冷凝器中最重要的部件。 換熱管的選用對(duì)冷凝器的性能影響很大，是冷凝器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，對(duì)整機(jī)能效有重要影響，對(duì)安全運(yùn)行具有重要意義整個(gè)發(fā)電廠。 近年來，由于環(huán)境的破壞和惡化，冷卻水水質(zhì)越來越差，循環(huán)水中懸浮物、氯離子、硫離子不斷增加，對(duì)冷凝器冷卻要求管道變得越來越高。 不銹鋼管 超薄壁不銹鋼焊接鋼管的用量不斷增加，但因其壁厚較薄（0.3-0.7mm），使用受到限制。 隨著裝備向輕量化、高能效方向發(fā)展，以及焊接技術(shù)和檢測(cè)手段的不斷成熟，超薄壁不銹鋼焊接鋼管的用途將越來越廣泛。

1 凝汽器管道在電廠中的使用概述

冷凝器換熱管的選用主要考慮其優(yōu)良的傳熱性能，良好的耐腐蝕、耐沖刷和耐磨性，良好的強(qiáng)度和剛性，經(jīng)濟(jì)和加工性好。 表現(xiàn)。

國(guó)內(nèi)冷凝器換熱管材料主要有銅合金管、奧氏體不銹鋼管、鐵素體不銹鋼管、鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼管、鈦及鈦合金管，其中銅合金管主要包括黃銅管（H68、H68A )、錫黃銅管(HSn70-1A)、鋁黃銅管(HAl77-2A)、鎳白銅管(BFe10、BFe30)等，不銹鋼管主要有奧氏體不銹鋼管TP304、鐵素體不銹鋼管。 TP439等，以及鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼管2205、2507等，鈦及鈦合金管主要有TA1、TA2、TA10等，以TA2居多。 不同材料的換熱管由于自身的特點(diǎn)和成本因素，其應(yīng)用范圍和工作條件也不同。 表1列出了不同材質(zhì)管子的優(yōu)缺點(diǎn)，可以作為冷凝器管材選擇的參考。

表1 不同材質(zhì)管道的優(yōu)缺點(diǎn)分析

近海電廠凝汽器一般采用黃銅管、白銅管等不同型號(hào)的銅合金管。 其中，白銅管為Cu-Ni合金，其耐蝕性優(yōu)于黃銅。 鎳的熱力學(xué)穩(wěn)定性與黃銅相當(dāng)。 Cu接近于Cu，實(shí)際綜合抗腐蝕性能強(qiáng)于Cu。 鎳在水或空氣中會(huì)在表面生成一層納米級(jí)的表面膜，致密、穩(wěn)定、具有自愈性，因此白銅管可用于高鹽水（或海水）和稀酸堿介質(zhì)中不易腐蝕，但一旦銅管表面有附著物，就會(huì)缺氧，產(chǎn)生點(diǎn)蝕。 點(diǎn)蝕是自催化的、潛伏的，危害會(huì)很大。 近海區(qū)域海水入侵、腐蝕、污垢等原因會(huì)導(dǎo)致凝汽器管道嚴(yán)重堵塞和頻繁泄漏，對(duì)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生較大影響。

表2 冷凝器常用不銹鋼焊管適用水質(zhì)

銅合金管在靜止液體介質(zhì)中的腐蝕主要是點(diǎn)蝕，而在流動(dòng)介質(zhì)中則發(fā)生沖蝕腐蝕。 物質(zhì)在流動(dòng)介質(zhì)中的傳輸速率增大，腐蝕界面的擴(kuò)散距離減小，對(duì)保護(hù)白銅表面的腐蝕產(chǎn)物的沖刷作用具有破壞性，使沖蝕腐蝕速率遠(yuǎn)大于靜態(tài)條件下的腐蝕速率。 當(dāng)凝汽器停機(jī)不放水時(shí)，硫酸鹽厭氧菌因缺氧發(fā)生厭氧分解，產(chǎn)生S2-，形成嚴(yán)重的點(diǎn)腐蝕。 同時(shí)，缺氧不利于保護(hù)膜的修復(fù)，使點(diǎn)蝕更加嚴(yán)重，同時(shí)可以推斷，當(dāng)B30管表面已經(jīng)不干凈或有腐蝕坑，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)會(huì)繼續(xù)并加劇點(diǎn)腐蝕。 由于銅合金管道抗水污染能力弱，使用維護(hù)工作量大，其應(yīng)用市場(chǎng)主要局限于內(nèi)陸地區(qū)的清潔水域。 近年來，大多采用不銹鋼焊管。 在不同的水質(zhì)條件下，所使用的不銹鋼材料也不同。 表2列出了冷凝器常用的不銹鋼焊管的水質(zhì)。 圖 1 顯示了不銹鋼在不同氯化物中的標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)。 在高濃度氧飽和水中存在點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。 鈦及鈦合金焊管用于要求比較高的地區(qū)和環(huán)境惡劣的地區(qū)。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)級(jí)不銹鋼在不同氯化物濃度下的氧飽和度

以及在水中發(fā)生點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)

近年來不銹鋼換熱管功率，在內(nèi)陸地區(qū)，由于許多水體受到污染或節(jié)水原因，電廠循環(huán)冷卻水的濃縮比大大提高，許多電廠換熱器冷卻水水質(zhì)出現(xiàn)問題。變得越來越糟。 冷凝器等對(duì)換熱管的耐腐蝕性也提出了更高的要求。 由于不銹鋼管比銅合金管具有更好的抗水污染和侵蝕能力，從單位長(zhǎng)度的價(jià)格比可以看出，與銅鎳合金管相比，不銹鋼管具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)和明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

2 超薄壁不銹鋼焊管在冷凝器中的應(yīng)用

隨著薄壁軋制焊管技術(shù)的研發(fā)和成熟，焊接不銹鋼管在國(guó)內(nèi)冷凝器中得到廣泛應(yīng)用。 近年來不銹鋼換熱管功率，焊接不銹鋼管在國(guó)內(nèi)外新建電廠凝汽器和老電廠凝汽器改造中大量使用，取得了成功的經(jīng)驗(yàn)和良好的效果。

2015年，佛山利亞洛基管業(yè)有限公司簽訂了價(jià)值80億歐元（合560億元人民幣）的高效燃?xì)怆姀S和風(fēng)電項(xiàng)目合同，將增加埃及的發(fā)電能力在現(xiàn)有裝機(jī)容量基礎(chǔ)上增加50%以上。 根據(jù)項(xiàng)目計(jì)劃，2017年夏季前4.4GW并網(wǎng)，14.4GW總功率將在融資完成并收到預(yù)付款后38個(gè)月內(nèi)全面并網(wǎng)。 項(xiàng)目建成后，三座電站將成為全球發(fā)電量最大的電站。 本項(xiàng)目四臺(tái)冷凝器的管道均采用壁厚0.4mm的超薄壁不銹鋼焊管。 完成管道及水壓試驗(yàn)，是世界上第一家在電廠大批量使用0.4mm超薄壁不銹鋼焊管的企業(yè)。 根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行情況，未來大部分企業(yè)會(huì)考慮和借鑒西門子的成功經(jīng)驗(yàn)，在冷凝器中使用超薄壁不銹鋼焊管。

由于不銹鋼焊管具有良好的耐沖蝕性，可以承受蒸汽與高速水滴的沖擊和碰撞，而銅合金管在水流的沖擊下會(huì)被破壞，局部保護(hù)膜會(huì)失去其耐腐蝕性。 和硫污染，因此，銅合金會(huì)很快腐蝕和穿孔，而不銹鋼管由于其自身的特性，可以有效地避免沖擊腐蝕和硫化物腐蝕。

超薄壁不銹鋼焊管可大量用于電廠凝汽器的主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。

1）傳熱性能

不銹鋼焊管是以冷軋不銹鋼帶材為原料，經(jīng)成型、焊接、熱處理制成的高光焊管。 其表面潤(rùn)滑性低，不形成水膜，具有穩(wěn)定的傳熱能力。 隨著技術(shù)的快速發(fā)展，焊縫的質(zhì)量和強(qiáng)度得到了技術(shù)的保證。 通過減小管道壁厚，可以進(jìn)一步改善和增強(qiáng)蒸汽與管道外壁的換熱效果。 由于管道內(nèi)污垢層的熱膨脹系數(shù)與不銹鋼有很大的不同，加熱時(shí)會(huì)因直線曲率的不等變化而自動(dòng)脫落。 因此，不銹鋼焊管具有很強(qiáng)的抗污能力。 雖然銅合金管的導(dǎo)熱系數(shù)比不銹鋼管高很多，但不銹鋼焊接管壁光潔度好，清潔度好，清潔系數(shù)高，氧化皮厚度小，管內(nèi)流量大。 合金管大致相當(dāng)，提高了凝汽器的運(yùn)行效率，增加了運(yùn)行效益。

2）管束振動(dòng)

冷凝器采用超薄壁不銹鋼焊管，需要考慮設(shè)備振動(dòng)和水沖擊對(duì)管道強(qiáng)度和安全性的影響。 采用超薄壁不銹鋼焊管替代銅合金管。 由于管壁變薄，比重降低，在設(shè)計(jì)冷凝器設(shè)備時(shí)必須考慮管道的最大跨度值，以防止蒸汽流量對(duì)管束的影響。 . 管束的最大跨度值根據(jù)美國(guó)HEI標(biāo)準(zhǔn)防止汽流激振的經(jīng)驗(yàn)公式確定。 采用超薄壁不銹鋼焊管，可以縮小隔板間距，適當(dāng)增加隔板數(shù)量，保證冷凝器管束不受振動(dòng)損壞，避免設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

3）耐腐蝕

在流動(dòng)的介質(zhì)環(huán)境中，白銅管對(duì)流量的增加最敏感，容易發(fā)生沖擊腐蝕，而不銹鋼由于有鈍化膜，對(duì)沖擊腐蝕的敏感性很低。 但在含有大量砂石等雜質(zhì)的流動(dòng)介質(zhì)中，不銹鋼的鈍化膜容易因沖擊破壞而被腐蝕，但其耐腐蝕性仍強(qiáng)于白銅，可有效降低冷凝器腐蝕泄漏造成的經(jīng)濟(jì)損失。 根據(jù)瑞陽電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，采用銅合金管運(yùn)行時(shí)，單臺(tái)機(jī)組凝汽器腐蝕泄漏每年造成的經(jīng)濟(jì)損失超過400萬元，是較大的經(jīng)濟(jì)損失。

4）顯著經(jīng)濟(jì)

在傳統(tǒng)電廠的凝汽器設(shè)備中，常用銅合金管作為換熱管。 但與不銹鋼管相比，銅合金管由于腐蝕問題，壁厚比不銹鋼焊管厚。 單位成本是銅合金管的一倍以上，除了銅合金管傳熱效率高外基本沒有其他優(yōu)點(diǎn)，而不銹鋼管的耐腐蝕性比銅管高很多合金管，使壁厚可以更薄，在一定程度上可以彌補(bǔ)不銹鋼管的傳熱效率。 因此，超薄壁不銹鋼焊管的單位成本更低，整機(jī)使用壽命更長(zhǎng)，設(shè)備故障率更低，成本節(jié)約更為顯著。

3 超薄壁不銹鋼焊管的應(yīng)用趨勢(shì)

凝汽器是發(fā)電廠的重要輔助設(shè)備。 以某330MW機(jī)組凝汽器為例，其管束由約2萬根冷卻管組成。 隨著用電需求和節(jié)能降耗政策的要求，為加大節(jié)能降耗力度，國(guó)內(nèi)外發(fā)電企業(yè)普遍對(duì)老式汽輪機(jī)進(jìn)行現(xiàn)代化改造，特別是對(duì)與冷端系統(tǒng)密切相關(guān)的冷凝器和冷卻塔。 、膠球清洗、循環(huán)水泵等設(shè)備改造可降低汽輪機(jī)排汽壓力，提高機(jī)組真空度，提高產(chǎn)量，提高機(jī)組功率而不耗煤，潛力巨大節(jié)能。 在管子損壞嚴(yán)重的情況下，保持冷凝器面積不變，外殼不變，直接用超薄壁不銹鋼焊管代替銅合金管。 由于不銹鋼管具有優(yōu)良的耐腐蝕性和耐磨性，對(duì)冷凝器進(jìn)行改造后，效果顯著，應(yīng)用趨勢(shì)將越來越廣泛。

不銹鋼管本身的高耐腐蝕、耐磨性能，減少了堵管和換管次數(shù)，縮短了機(jī)組的停機(jī)時(shí)間。 降低系統(tǒng)腐蝕速率，減少電化學(xué)防腐處理設(shè)備，降低設(shè)備成本。 在冷卻面積相同的情況下，超薄壁不銹鋼焊管的優(yōu)越性越來越明顯。 許多電廠已經(jīng)開始直接使用不銹鋼管和超薄壁不銹鋼焊管冷凝器。

未來，在使用淡水、苦咸水、海水，包括城市污水作為循環(huán)水的電廠中，將會(huì)有更多的冷凝器采用超薄壁不銹鋼焊管，超薄壁焊管的使用冷凝器用不銹鋼焊管具有廣闊的前景。 （謝毅、李昌義）