劉紅霞，劉國(guó)明

山東華魯恒升化工股份有限公司生產(chǎn)處，山東德州 253024

#6機(jī)組凝結(jié)器銅管改造

劉紅霞，劉國(guó)明

山東華魯恒升化工股份有限公司生產(chǎn)處，山東德州 253024

凝結(jié)器中的銅管改造，擬采用不銹鋼管置換之，不僅消除了凝結(jié)器的安全隱患，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均有良好表現(xiàn)。

不銹鋼擾流換熱管；凝結(jié)器；真空

1 概述

1.1 設(shè)備概況

我廠#6機(jī)組凝結(jié)器型號(hào)N-1000-Ⅲ，設(shè)計(jì)參數(shù)為：

冷卻面積：1 000m2冷卻水量：2 670t/h

冷卻水溫：20℃ 最高33℃

銅管材質(zhì)：HSn70-1 銅管數(shù)量：3 539 根

銅管規(guī)格：Φ20×1×4560mm

該機(jī)1991年投產(chǎn)運(yùn)行至今已近18年，由于老系統(tǒng)循環(huán)水CL含量為200mg/L以下，管壁長(zhǎng)期腐蝕已不足0.7mm。管口脹口出現(xiàn)大面積泄漏，歷次檢修對(duì)泄漏的銅管已經(jīng)更換了300多根，現(xiàn)在仍然封堵了130多根，剩余銅管約有1/5管內(nèi)堵有沙石等硬顆粒，無法疏通。目前該機(jī)真空在存凝工況下僅為0.082～0.087MPa，供熱期結(jié)束該機(jī)將無法運(yùn)行，且有可能在短時(shí)間內(nèi)繼續(xù)泄漏，從而影響機(jī)組真空，造成機(jī)組停運(yùn)。

1.2 銅管改造

從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全、高效的角度出發(fā)，凝結(jié)器中的銅管已經(jīng)成為影響其功能的“瓶頸”，且存在著安全隱患。我們擬采用不銹鋼擾流換熱管置換凝結(jié)器中的銅管，達(dá)到了預(yù)期的效果和優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

1.2.1 不銹鋼管與銅管的比對(duì)

機(jī)械、化學(xué)性能對(duì)比：

自不銹鋼薄壁管國(guó)產(chǎn)化以后，不銹鋼管在國(guó)內(nèi)凝結(jié)器上的使用就有了逐步推廣的趨勢(shì)，因此淡水地區(qū)對(duì)凝結(jié)器的換管就有了銅管和不銹鋼管兩種選擇。根據(jù)《火力發(fā)電廠凝結(jié)器管選材導(dǎo)則》對(duì)比兩種管材的性能如下：

根據(jù)上表，不銹鋼管的機(jī)械性能和化學(xué)性能優(yōu)于銅管，主要表現(xiàn)在：

1）耐沖擊腐蝕優(yōu)于銅管

由于不銹鋼的強(qiáng)度和表面硬度都高于銅管，不論是耐汽側(cè)的高速蒸汽及水滴，還是水側(cè)的泥沙及入口湍流，表現(xiàn)均優(yōu)于銅管。換熱管的腐蝕主要是因?yàn)榉e垢而產(chǎn)生的垢下腐蝕，擾流管的抗污垢特性使得垢下腐蝕減輕或不復(fù)存在，加之不銹鋼材料具有良好的抗腐蝕性能和耐沖蝕能力，因而抗蝕能力大大提升。

2）耐氨腐蝕

銅管對(duì)空氣冷卻區(qū)的氨腐蝕較為敏感，這也是造成空冷區(qū)容易泄漏的主要原因，而不銹鋼管對(duì)氨不敏感。

3）振動(dòng)和結(jié)垢

汽輪機(jī)末葉排出的高速蒸汽和水滴是產(chǎn)生凝結(jié)器管子振動(dòng)的主要原因，由于不銹鋼管的剛度大于銅管，而不銹鋼擾流管的剛度又大于同規(guī)格的光管，因此其相對(duì)抗振性優(yōu)于銅管。污垢的沉著與管壁附面層有關(guān)，不銹鋼擾流管的三維擾流結(jié)構(gòu)徹底破壞了附面層，因而污垢不易附著。此外不銹鋼擾流管的網(wǎng)狀擾流結(jié)構(gòu)使附著的污垢呈離散的鱗片狀分布，在熱脹差和水流的沖擊下很容易脫落，具有自潔作用。

4）不銹鋼管的延展性好，脹管性能非常好，由于不銹鋼的彈性模量比黃銅大很多，因此脹管后的貼脹力比銅管高很多倍，密封性比黃銅管好得多。

1.2.2 傳熱性能比對(duì)

銅管的導(dǎo)熱率是不銹鋼管的8～9倍，若不銹鋼光管與銅管比較，銅管的傳熱性能無疑是優(yōu)于不銹鋼管的，但不銹鋼管的總體傳熱系數(shù)比銅管的效果要好。

凝汽器的傳熱量Q=KF△T式中K-傳熱系數(shù)[w/（m2.k）]；F為傳熱面積（m2），△T為冷熱液體的平均溫差（k）。欲增加傳熱量，必須增加傳熱系數(shù)、傳熱面積和增大平均溫差3種方法來實(shí)現(xiàn)。增大傳熱面積對(duì)于現(xiàn)有的凝結(jié)器是不大可行的，增大平均傳熱溫差會(huì)降低系統(tǒng)效率并增加水泵的功耗，同時(shí)也受到環(huán)境條件的限制，因此增加傳熱系數(shù)是最為實(shí)現(xiàn)的可行方法。

雖然銅管的導(dǎo)熱系數(shù)高，銅管壁厚為1mm，而不銹鋼管壁厚為0.7mm，通流面積整體增加30m2。同時(shí)不銹鋼管的強(qiáng)度和硬度比銅管高，抗震能力強(qiáng)，不銹鋼管可以耐腐蝕和沖蝕，允許流速可達(dá)3m/s以上，因此對(duì)流放熱系數(shù)K得以增大以逆補(bǔ)導(dǎo)熱系數(shù)低的弱點(diǎn)。同時(shí)通過不銹鋼減薄管子壁厚，加大管內(nèi)流速，其換熱效果可以超過銅管。

根據(jù)以上分析，不銹鋼的總體傳熱系數(shù)應(yīng)不差于銅管，不銹鋼管的內(nèi)壁由于清潔系數(shù)高于銅管，長(zhǎng)期使用不易結(jié)垢等因素，不銹鋼管在實(shí)際使用中的換熱性能優(yōu)于銅管。

1.3 不銹鋼光管和不銹鋼擾流管比對(duì)

1）不銹鋼光管直接替換原有銅管，由于壁厚減薄會(huì)導(dǎo)致凝結(jié)器冷卻水側(cè)通流面積發(fā)生變化，為達(dá)到原有的換熱效果，擬補(bǔ)不銹鋼本身導(dǎo)熱系數(shù)低的弱點(diǎn)，必須提高循環(huán)冷卻水流速，提高流速意味著增加循環(huán)水泵的流量，增加循環(huán)水泵的耗功10%。有可能產(chǎn)生凝結(jié)器改造帶來的煤耗降低不足以抵消循環(huán)水泵的耗功增加，使用壽命降低。

不銹鋼擾流管具有較大的靈活性，多向擾流強(qiáng)化換熱系數(shù)較光管高12%，替換后不用擔(dān)心換熱面積不夠的問題，多向擾流強(qiáng)化換熱管的流動(dòng)阻力可以通過設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以保證換管后的流動(dòng)阻力與原來保持一致，不必增加泵的耗功。

2）由于該機(jī)凝結(jié)器設(shè)計(jì)冷卻面積的余量不足，小于采用光管換管條件的15%，換管后冷卻效果要比更換新銅管相比差7%左右。

3）擾流管和光管的結(jié)垢方面：擾流管結(jié)垢情況比光管要輕，主要因?yàn)椋海?）由于多向擾流強(qiáng)化換熱管高效換熱特性能有效地降低汽輪機(jī)的排汽溫度，因此冷凝管壁溫也相應(yīng)降低，冷凝管結(jié)垢最可怕的是碳酸鈣垢，而碳酸鈣的溶解度是隨溫度的降低而升高的，因此冷凝管壁溫度的降低能有效地防止碳酸鈣垢的沉積；（2）凸筋引起的紊流破壞了靜止的附面層，因而污垢難于附著；（3）即使有污垢附著，凸筋使污垢呈離散的鱗片狀，由于污垢與不銹鋼的脹差巨大而引起剝離，在水流的沖擊下自行脫落。凝汽器積垢最多的是凝汽器的蓋板、管板等水速近乎靜止的地方；而最不易積垢的地方就是管子的入口處，由于入口效應(yīng)使得水流湍急，不存在靜止的附面層，因此污垢難于附著。多向擾流強(qiáng)化換熱管交叉的凸筋能在管子的中部形成類似的入口效應(yīng)，徹底破壞管壁靜止的附面層，因此結(jié)垢情況比光管還輕。

不銹鋼擾流管借助凝汽器循環(huán)冷卻水的沖蝕機(jī)理對(duì)污垢產(chǎn)生清除作用，水流流速越高沖蝕作用越強(qiáng)；不銹鋼多向擾流強(qiáng)化換熱管通過管壁的左右螺旋交叉形成的菱形花紋對(duì)污垢形成鱗片狀分割，從交叉點(diǎn)產(chǎn)生沖蝕，使得污垢在水流作用下自動(dòng)清除，污垢熱阻大大減小。

4）自潔作用：不銹鋼多向擾流強(qiáng)化換熱管通過管壁的左右螺旋交叉形成的菱形花紋對(duì)污垢形成鱗片狀分割，從交叉點(diǎn)產(chǎn)生沖蝕，使得污垢在水流作用下自動(dòng)清除。采用銅合金管、不銹鋼光管的凝汽器往往每半年清洗一次才能保證一定的傳熱效率，而采用不銹鋼多向擾流強(qiáng)化換熱管的凝汽器，據(jù)我們電話咨詢，在武漢祥龍電業(yè)公司熱電廠創(chuàng)造了投運(yùn)至今22個(gè)月的免清洗記錄。

5）膠球清洗設(shè)備；更換不銹鋼擾流管，因?yàn)槠涔艿纼?nèi)部的突筋，內(nèi)徑剛好能夠達(dá)到原銅管的內(nèi)徑，因此不銹鋼擾流管適應(yīng)原有的膠球清洗設(shè)備。

2 改造方案

1）更換原銅管3539根為TP316L型不銹鋼擾流換熱管；更換不銹鋼管規(guī)格￠20*0.7*4562mm；

2）凝結(jié)器整體結(jié)構(gòu)不變，采用原來的管板及隔板，凝結(jié)器與其他設(shè)備的接口不動(dòng)，切斷循環(huán)冷卻水管、拆除原凝結(jié)器冷卻水進(jìn)出口水室改版和輔助設(shè)備；

3）拆除舊的冷卻管，并做支撐、加固、固定；

4）清理管口及管板氧化層，將不銹鋼管兩端打磨光滑，清潔無污垢，

5）安裝新的不銹鋼擾流換熱管，經(jīng)試脹、正式脹接；脹口無過脹和欠脹；

6）凝結(jié)器安裝完畢，灌水高出最高管子100mm以上，試驗(yàn)24小時(shí)無泄漏。

3 改造完成投運(yùn)后達(dá)到的效果：

2009年3月30日～4月8日經(jīng)改造完成投運(yùn)后，該除氧器真空達(dá)到0.094MPa，機(jī)組汽耗由原來的4.5kg/kwh變?yōu)?.0kg/kwh保證了夏季工況機(jī)組能夠安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定滿負(fù)荷運(yùn)行，改造效果非常好。

#6機(jī)組凝結(jié)器改造前后對(duì)比（查3月23日、4月9日運(yùn)行記錄表）：

改造前 改造后循環(huán)水入口水溫℃ 23 27循環(huán)水出口水溫℃ 38 39凝結(jié)器過冷℃ 7 2℃～5℃凝結(jié)器端差℃ 17 5凝結(jié)器真空℃ 0.082～0.087 0.092～0.094機(jī)組負(fù)荷℃ 10500 12000汽耗kg/kwh 4.57 4.08

以上對(duì)比可以看出：

1）凝結(jié)器端差降低12℃，凝結(jié)器換熱效果提高12℃；

2）凝結(jié)器過冷提高2℃～5℃，影響標(biāo)煤耗3%～5%；

3）凝結(jié)器真空提高0.005～0.010MPa，機(jī)組汽耗降低了0.48kg/kwh；

#6機(jī)組全年發(fā)電按7 000小時(shí)計(jì)算，降低汽耗＝0.48×7000×12000＝40320t3.82MPa蒸汽；按160元/t計(jì)算=40320×160=645.12萬(wàn)元。

4 結(jié)論

目前該機(jī)組凝結(jié)器改造完成正常運(yùn)行7個(gè)月，機(jī)組真空即使在夏季最惡劣運(yùn)行工況下，機(jī)組真空一直在-0.090MPa下運(yùn)行。

采用不銹鋼擾流換熱管更換原銅管解決銅管腐蝕問題、并徹底杜絕管端泄漏；延長(zhǎng)管子的使用壽命、改善凝結(jié)器的性能，避免結(jié)垢、提高凝結(jié)器的真空，降低機(jī)組汽耗、保證夏季惡劣工況機(jī)組能夠安全、經(jīng)濟(jì)并滿負(fù)荷運(yùn)行。

TM621

A

1674-6708（2010）22-0134-02