#6機組凝結器銅管改造

劉紅霞，劉國明

山東華魯恒升化工股份有限公司生產處，山東德州 253024

#6機組凝結器銅管改造

劉紅霞，劉國明

山東華魯恒升化工股份有限公司生產處，山東德州 253024

凝結器中的銅管改造，擬采用不銹鋼管置換之，不僅消除了凝結器的安全隱患，各項經濟技術指標均有良好表現(xiàn)。

不銹鋼擾流換熱管；凝結器；真空

1 概述

1.1 設備概況

我廠#6機組凝結器型號N-1000-Ⅲ，設計參數為：

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：HSn70-1 銅管數量：3 539 根

銅管規(guī)格：Φ20×1×4560mm

該機1991年投產運行至今已近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，歷次檢修對泄漏的銅管已經更換了300多根，現(xiàn)在仍然封堵了130多根，剩余銅管約有1/5管內堵有沙石等硬顆粒，無法疏通。目前該機真空在存凝工況下僅為0.082～0.087MPa，供熱期結束該機將無法運行，且有可能在短時間內繼續(xù)泄漏，從而影響機組真空，造成機組停運。

1.2 銅管改造

從技術、經濟、安全、高效的角度出發(fā)，凝結器中的銅管已經成為影響其功能的“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器中的銅管，達到了預期的效果和優(yōu)良的經濟技術指標。

1.2.1 不銹鋼管與銅管的比對

機械、化學性能對比：

自不銹鋼薄壁管國產化以后，不銹鋼管在國內凝結器上的使用就有了逐步推廣的趨勢，因此淡水地區(qū)對凝結器的換管就有了銅管和不銹鋼管兩種選擇。根據《火力發(fā)電廠凝結器管選材導則》對比兩種管材的性能如下：

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

1）耐沖擊腐蝕優(yōu)于銅管

由于不銹鋼的強度和表面硬度都高于銅管，不論是耐汽側的高速蒸汽及水滴，還是水側的泥沙及入口湍流，表現(xiàn)均優(yōu)于銅管。換熱管的腐蝕主要是因為積垢而產生的垢下腐蝕，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，而不銹鋼管對氨不敏感。

3）振動和結垢

汽輪機末葉排出的高速蒸汽和水滴是產生凝結器管子振動的主要原因，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，因此其相對抗振性優(yōu)于銅管。污垢的沉著與管壁附面層有關，不銹鋼擾流管的三維擾流結構徹底破壞了附面層，因而污垢不易附著。此外不銹鋼擾流管的網狀擾流結構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

銅管的導熱率是不銹鋼管的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[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、傳熱面積和增大平均溫差3種方法來實現(xiàn)。增大傳熱面積對于現(xiàn)有的凝結器是不大可行的，增大平均傳熱溫差會降低系統(tǒng)效率并增加水泵的功耗，同時也受到環(huán)境條件的限制，因此增加傳熱系數是最為實現(xiàn)的可行方法。

雖然銅管的導熱系數高，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。同時不銹鋼管的強度和硬度比銅管高，抗震能力強，不銹鋼管可以耐腐蝕和沖蝕，允許流速可達3m/s以上，因此對流放熱系數K得以增大以逆補導熱系數低的弱點。同時通過不銹鋼減薄管子壁厚，加大管內流速，其換熱效果可以超過銅管。

根據以上分析，不銹鋼的總體傳熱系數應不差于銅管，不銹鋼管的內壁由于清潔系數高于銅管，長期使用不易結垢等因素，不銹鋼管在實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

1）不銹鋼光管直接替換原有銅管，由于壁厚減薄會導致凝結器冷卻水側通流面積發(fā)生變化，為達到原有的換熱效果，擬補不銹鋼本身導熱系數低的弱點，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%。有可能產生凝結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，多向擾流強化換熱系數較光管高12%，替換后不用擔心換熱面積不夠的問題，多向擾流強化換熱管的流動阻力可以通過設計進行優(yōu)化調整，以保證換管后的流動阻力與原來保持一致，不必增加泵的耗功。

2）由于該機凝結器設計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）擾流管和光管的結垢方面：擾流管結垢情況比光管要輕，主要因為：（1）由于多向擾流強化換熱管高效換熱特性能有效地降低汽輪機的排汽溫度，因此冷凝管壁溫也相應降低，冷凝管結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，徹底破壞管壁靜止的附面層，因此結垢情況比光管還輕。

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

4）自潔作用：不銹鋼多向擾流強化換熱管通過管壁的左右螺旋交叉形成的菱形花紋對污垢形成鱗片狀分割，從交叉點產生沖蝕，使得污垢在水流作用下自動清除。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化換熱管的凝汽器，據我們電話咨詢，在武漢祥龍電業(yè)公司熱電廠創(chuàng)造了投運至今22個月的免清洗記錄。

5）膠球清洗設備；更換不銹鋼擾流管，因為其管道內部的突筋，內徑剛好能夠達到原銅管的內徑，因此不銹鋼擾流管適應原有的膠球清洗設備。

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）凝結器整體結構不變，采用原來的管板及隔板，凝結器與其他設備的接口不動，切斷循環(huán)冷卻水管、拆除原凝結器冷卻水進出口水室改版和輔助設備；

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，經試脹、正式脹接；脹口無過脹和欠脹；

6）凝結器安裝完畢，灌水高出最高管子100mm以上，試驗24小時無泄漏。

3 改造完成投運后達到的效果：

2009年3月30日～4月8日經改造完成投運后，該除氧器真空達到0.094MPa，機組汽耗由原來的4.5kg/kwh變?yōu)?.0kg/kwh保證了夏季工況機組能夠安全、經濟、穩(wěn)定滿負荷運行，改造效果非常好。

#6機組凝結器改造前后對比（查3月23日、4月9日運行記錄表）：

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凝結器過冷℃ 7 2℃～5℃凝結器端差℃ 17 5凝結器真空℃ 0.082～0.087 0.092～0.094機組負荷℃ 10500 12000汽耗kg/kwh 4.57 4.08

以上對比可以看出：

1）凝結器端差降低12℃，凝結器換熱效果提高12℃；

2）凝結器過冷提高2℃～5℃，影響標煤耗3%～5%；

3）凝結器真空提高0.005～0.010MPa，機組汽耗降低了0.48kg/kwh；

#6機組全年發(fā)電按7 000小時計算，降低汽耗＝0.48×7000×12000＝40320t3.82MPa蒸汽；按160元/t計算=40320×160=645.12萬元。

4 結論

目前該機組凝結器改造完成正常運行7個月，機組真空即使在夏季最惡劣運行工況下，機組真空一直在-0.090MPa下運行。

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；延長管子的使用壽命、改善凝結器的性能，避免結垢、提高凝結器的真空，降低機組汽耗、保證夏季惡劣工況機組能夠安全、經濟并滿負荷運行。

TM621

A

1674-6708（2010）22-0134-02