適用于凝汽器冷卻的管材選擇性論文

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【摘要】本文主要對不銹鋼和銅從材料性能、傳熱效果和經濟性三個方面進行比較，從而確定適合用作凝汽器冷卻管的材料。

【關鍵詞】凝汽器銅管不銹鋼冷卻管

凝汽器是凝汽式或抽汽凝汽式汽輪發電機組的重要輔機設備，凝汽器的運行情況的優劣直接影響到整個機組的正常運行。而冷卻管腐蝕是影響凝汽器安全穩定運行的一個主要隱患。

我廠兩臺6MW機組均配用的是N-560型凝汽器，冷卻管采用的是Φ20×1的黃銅管，材質為HSn70-1A。兩臺機組運行至今已有近九年的時間，凝汽器的冷卻管出現了大面積的泄漏現象，已經嚴重影響機組的安全運行，雖經過部分換管，但問題始終不能從根本上解決。所以我們決定對凝汽器進行換管，并考慮對冷卻管進行重新選材。

目前，國內凝汽器冷卻管采用的管材主要有黃銅、白銅、鈦合金和不銹鋼等。鈦合金作為冷卻管的新型工程材料，對各種水質都具有極強的耐蝕性。作為最耐腐蝕的結構金屬，其密度小、強度高，并且在沸水環境的研究中，鈦的腐蝕阻力顯著地高于銅鎳合金。在其他材料不能耐受侵蝕的情況下，鈦可以說是最佳選擇。由于鈦管價格昂貴及安裝費高，西方國家和我國都只限于濱海電站和核電站中應用，連接造成的電偶腐蝕和管內結垢仍有待解決，這些都限制了它的全面推廣。因此下面只對白銅、黃銅和不銹鋼進行比較。

一、材料性能

國內外常用的銅管和不銹鋼管的化學成分、物理和機械性能。

可以看出，不銹鋼管從材料性能上有以下幾個優點：

1)不銹鋼管材料的強度大于銅管，從而提高冷卻水管在運行過程中對汽側的高速蒸汽及水滴的抗沖擊能力。

2)不銹鋼管的彈性模量大于銅管，表明其抗拉強度好，線膨脹系數低于普通銅管，減少來自內部的應力。

3)不銹鋼管抗結垢能力強，因為污垢層與不銹鋼的熱脹系數差別很大，當受熱時，由于線型曲率變化不等而自動脫落。

4)在凝汽器的空氣冷卻區內，經常積聚一些不凝氣體，主要由氨氣、二氧化碳等，銅管對氨氣產生的腐蝕極為敏感，造成氨腐蝕。相反，不銹鋼管抗氨腐蝕能力很強。

5)由于不銹鋼的抗拉強度和屈服強度較大，所以不銹鋼的使用壽命也相應的延長，一般不銹鋼管的使用壽命在20年左右，而銅管的使用壽命只有10年左右。

二、傳熱效果

雖然從銅和不銹鋼材料的導熱率看，銅的導熱率是不銹鋼的10倍，但熱交換器總的傳熱系數是由多個因素決定的。熱交換器的傳熱過程如下:

在以上的三個傳熱過程中，除銅的導熱率比不銹鋼高以外，不銹鋼管在以下的幾個方面具備優勢：

1)不銹鋼管和銅管相比高粗糙度的金屬表面不會形成穩定的水膜，出就是說水膜熱阻較小，增強了蒸汽與管外壁的換熱效果。

2)因不銹鋼的強度較大，同規格的管子可做的比銅管薄，這樣以來管子的導熱效果也得到相應的提高。

3)因為不銹鋼管的壁厚較薄，其相應的內表面積也比同直徑的銅管大，因此其對流換熱效果也相應提高。

綜合以上的幾個方面，通過計算可知，采用薄壁不銹鋼管的凝汽器和采用銅管的凝汽器換熱效果基本相當。

三、經濟性

目前，國內凝汽器用薄壁不銹鋼焊接管的技術已日益成熟，其價格也有了大幅度的下降，采用同規格的薄壁不銹鋼和采用銅管時的價格相差甚微。公務員之家

2008年6月份，我廠對2號汽輪機凝汽器進行了換管，冷卻管采用Φ20×0.7的TP304不銹鋼管。經過一段時間的試運行，發現機組帶滿負荷運行時，排汽溫度、凝汽器端差等參數和換管前比較沒有明顯的變化，說明此次用不銹鋼管替代銅管是成功的。

不銹鋼雖然有耐腐蝕、壽命長等優點，但它對冷卻水中的Cl-比較敏感，如控制不當易造成管子的點蝕。在Cl-小于200mg/L的淡水中應用可選用TP304或TP304L，在Cl-大于200mg/L的淡水中則應選用TP316或TP316L。總之，和銅管比較不銹鋼管有一定的優越性，在凝汽器的應用中不銹鋼管替代銅管將是一個發展趨勢。