吳寶華，劉慧，劉斌

(國投曲靖發(fā)電有限公司，云南 曲靖 655000)

0 引言

某300 MW機組采用N300－16.7－538型亞臨界壓力、一次中間再熱、高中壓合缸、雙缸雙排氣、單軸反動凝汽式汽輪機，配置N－17650－Ⅱ型單背壓、單殼體、對分雙流程、表面式凝汽器。凝汽器主要技術參數(shù):冷卻面積，17 650 m2;循環(huán)水量，37 300 m3/h;清潔系數(shù)，0.85;循環(huán)水進水溫度，20℃;水阻，＜50 kPa;凝汽器傳熱端差，＞2.8℃;冷卻管材質，HSn70－1/BFe30－1－1;冷凝管數(shù)量，19 520根;冷凝管規(guī)格，? 28 mm×1 mm×10387 mm。機組于1998年2月投產后運行至今，凝汽器銅管老化、結垢、腐蝕嚴重，近幾年頻繁發(fā)生泄漏，導致凝結水水質長期超標，嚴重影響機組的安全和經(jīng)濟運行。

1 凝汽器銅管發(fā)生泄漏的原因

(1)端部腐蝕。冷卻水在進入管端部分時出現(xiàn)渦流，使管子入口端部分的水流速度比其他部分要大得多，水流在管端部分的流動剪切應力比管內其他部分大，可破壞銅管的鈍化膜而產生管端腐蝕。

(2)沖刷腐蝕。由于冷卻水的湍流及進入水流的氣體或沙礫等異物的沖蝕磨削作用，使凝汽器銅管表面局部的保護膜遭到破壞。沖刷腐蝕一般發(fā)生在流速高、水流流動紊亂和不斷形成湍流的局部位置上，如凝汽器管的入口端。

(3)脫鋅腐蝕。凝汽器銅管在冷卻水中的脫鋅腐蝕，沿管壁垂直方向侵蝕可達相當大的深度。

(4)氨腐蝕。給水采用氨處理后，由于蒸汽中的氨在抽氣區(qū)發(fā)生局部富聚且蒸汽凝結量很小，因而在抽氣區(qū)剛凝結的水滴中氨的濃度大大超過蒸汽中的濃度，若同時有溶解氧的存在，便會在這一區(qū)域的銅管汽側出現(xiàn)氨腐蝕。

(5)電偶腐蝕。凝汽器中冷卻管與管板所用材料不同，管材與管板材料在冷卻水中的電位也不同，所以，在凝汽器管與管板之間也存在電偶腐蝕的可能。

(6)其他腐蝕。應力腐蝕、點蝕、垢下腐蝕等。

2 改造措施及方案

(1)排管方式。采用目前較為先進、成熟的BD－TP模塊式排管對原凝汽器的排管方式進行了優(yōu)化，減少了凝汽器的汽阻，使凝汽器的熱負荷分配更為均勻，凝汽器無明顯的蒸汽湍流區(qū)和空氣積聚區(qū)。此外，蒸汽還可以直接下到熱井，減少了過熱度，確保了良好的除氧效果。經(jīng)試驗計算表明，該排管方式可使凝汽器總體傳熱系數(shù)比美國熱交換管凝汽器標準(HEI)計算值高15% ～30%，提高了凝汽器運行的經(jīng)濟性。

(2)端板和管板。將端板更換為δ 5+40 mm的TP304+Q235B不銹鋼復合板，以增強端板的抗腐蝕性能，杜絕冷卻管端口因腐蝕而發(fā)生泄漏，同時可延長端板的使用壽命;管板由10塊增加為12塊，并將間距由原來的910 mm調整為760 mm，厚度由40 mm調整為20 mm，從而改善冷卻管的振動特性，限制冷卻管的振幅，避免冷卻管因誘振而損壞。

(3)冷卻管。將原來主冷卻區(qū)的HSn70－1A冷卻管改為? 22 mm×0.5 mm的TP304不銹鋼管，外圍及空冷區(qū)的BFe30－1－1冷卻管改為? 22 mm×0.7 mm的TP304不銹鋼管，2種管子均以脹接+亞弧焊接的方式與端板連接。

(4)水室。前水室采用仿弧形設計，在方形水室死角處增加折流板，這樣，既利于減少水流阻力，又利于防止積沙和清洗膠球的通過。同時，對凝汽器水室進行熱噴涂金屬鋅涂層及涂刷KHS－1防腐膠處理，以提高水室防損傷和防腐蝕能力。

3 改造后的主要技術參數(shù)和效果

凝汽器改造后，其主要技術參數(shù)為:型號，N－18600－Ⅱ;總冷卻面積，18601 m2;冷卻管規(guī)格，? 22 mm ×0.5 mm/0.7 mm;冷卻管材質，TP304;冷凝管總數(shù)，26178根;管板材質，TP304+Q235B;冷卻水量，32000 m3/h;清潔系數(shù)，0.9;凝汽器背壓，4.9 kPa(絕對壓力)。改造后，凝汽器參數(shù)變化見表1。

表1 凝汽器改造前、后的經(jīng)濟指標對比

由表1可知，改造后凝汽器排汽壓力降低了1.7 kPa，端差降低了3.1℃，凝汽器改造取得了很好的效果，機組的經(jīng)濟性得到了較大的提升。

4 不銹鋼管的優(yōu)越性

(1)不銹鋼管強度高，故可采用薄壁管(銅合金管一般選用1.0～1.2 mm壁厚，而不銹鋼管一般選用0.5～0.7 mm壁厚)，一般不銹鋼管管壁只有銅合金管的50% ～70%，故可節(jié)約大量耗材。

(2)不銹鋼管的耐腐蝕性要高于銅合金管。不銹鋼管的抗水流沖擊、抗蒸汽沖蝕、抗氨腐蝕、抗冷卻水中硫化氫的腐蝕能力都比較強。

(3)與銅合金管相比，不銹鋼管腐蝕產物少，管壁光潔不易結垢，因此，具有較高的清潔系數(shù)和較低的流動阻力。

(4)不銹鋼管堵管率較低，使用壽命長。

(5)采用不銹鋼后，由于流動阻力變小，冷卻水流速相對提高。

不同材質冷卻管耐腐蝕性能見表2(表中數(shù)字1到6表示耐磨等級，1最低，6最高)，不銹鋼管和銅管的物理性能見表3。

5 不銹鋼管與銅合金管的傳熱性能比較

傳熱系數(shù)計算公式為

式中:aw為內冷卻水的對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2·K);as為蒸汽凝結當量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2·K);λ為管壁材料的導熱系數(shù)，W/(m·K);d1，d2分別為冷卻管的外徑和內徑，m。

HSn70－1銅 管 的 導 熱 系 數(shù) λ=108.9 W/(m·K)，TP304不銹鋼管的導熱系數(shù)λ=13.8 W/(m·K)，不銹鋼管導熱系數(shù)僅為銅管的1/8。相關資料表明，若僅考慮材質變化對傳熱系數(shù)的影響，銅管更換為不銹鋼管后傳熱系數(shù)將下降5%～6%。由上式可知，導熱系數(shù)僅是影響管材傳熱系數(shù)的因素之一。采用不銹鋼管后，由于冷卻管管壁厚度可減少30% ～50%，清潔系數(shù)可從85%提高到90%，管內流動阻力減少使冷卻水流速得以提高以及不銹鋼管堵管率低等因素，不銹鋼管的換熱性能不會比銅管差。此外，大量測試和實際運行情況表明，隨著運行時間的延長，不銹鋼的傳熱性能要優(yōu)于銅管的傳熱性能。因此，將凝汽器冷卻管更換為不銹鋼管后對換熱性能的影響是非常小的。

表2 不同材質冷卻管耐腐蝕性能

表3 不銹鋼管和銅管的物理性能

6 結束語

綜上所述，將老機組的凝汽器冷卻管更換為不銹鋼冷卻管后，不僅解決了凝汽器頻繁發(fā)生泄漏的問題，提高了機組的真空和汽水品質，而且還減少了堵管查漏和少發(fā)電所造成的直接經(jīng)濟損失，每年由此給電廠帶來的經(jīng)濟效益非?？捎^。

［1］何健康，孫晶輝，李維功.不銹鋼管在我國凝汽器中應用展望［J］.汽輪機技術，2002，44(5):260 －263.

［2］梁磊，周國定，解群，等.不銹鋼管在我國凝汽器上的應用前景［J］.中國電力，1998(11):24.