新型不锈钢管在25MW机组凝汽器中的应用

中图分类号：TK264.1 文献标识码：A

摘要 :经过多方面的调查、试验和研究，将#2号机凝汽器黄铜管全部换成了316不锈钢管，与黄铜管相比，不锈钢管具有较好的耐蚀性能、机械性能、经济性能，总的传热性能也不差，取得了较好的效果 。

关键词 : 凝汽器；不锈钢管；黄铜管

一、背景介绍

河南煤化焦煤集团电冶公司#2机功率为 25MW ， 1991年建成投产 。凝汽器型号为 N2000-Ⅰ型，装有25×1×6562黄铜管3920根 。至 2010年大修前 ，因为黄铜管腐蚀泄漏较多 ，需要更换全部凝汽器铜管 。经过多方面的调查 、试验和研究 ，从选材、订货、检验、安装和运行等各个环节把好关 ，在未改动管板、未增加管子根数 、使用原循环水泵的条件下 ，于 2010年 10月大修时将黄铜管全部换成了316不锈钢管 ，取得了较好的效果 。

二、国内外不锈钢管凝汽器使用情况

不锈钢管凝汽器在欧美国家使用较多 ，美国早在40年代就开始试用不锈钢管，1958年一台在役使用的凝汽器铜合金管寿命很短，而同机的316不锈钢管没有腐蚀 ，因此所有铜合金管全部换成了316不锈钢管。至1990年，美国凝汽器用不锈钢管总长度超过了24.4万km (约相当于1300台300MW机组)。

国外在包括海水在内的各种冷却水中，均有使用不锈钢管的许多实例。使用过的不锈钢品种也比国内多，不仅有奥氏体不锈钢，还有铁素体不锈钢和双相不锈钢。但奥氏体不锈钢占绝大多数。美国国际管材公司的资料表明，从1967年至1997年销售的61180km 凝汽器用不锈钢管材中，奥氏体不锈钢占93.6 %，其中304 和304L占57.7% ，316和316L占12.2 % ，317L占1% ，AL-6X和AL-6XN 占22.7%。国内不锈钢管凝汽器起步较晚，所占比例很小，不锈钢管凝汽器的优良性能还未被人们普遍认识，但近两年呈加速发展势头。已有的国内凝汽器用不锈钢管几乎都是奥氏体不锈钢焊接管。机组功率从25MW～660MW，凝汽器冷却面积从2000m2～40470 m2 不等。冷却水有淡水、微咸水和咸水，有地表水，也有地下水。

总体来讲，与铜管、钛管凝汽器相比，不锈钢管凝汽器具有较好的技术经济性能，受到了用户的欢迎 。

三、铜管与不锈钢管技术经济性能比较

（一）耐腐蚀性比较

根据调查，铜管不仅普遍存在点蚀、沉积物下腐蚀 (缝隙腐蚀)，而且黄铜管冲蚀、氨蚀、应力腐蚀也很严重。不锈钢管耐冲蚀，可大幅度提高管内水流速；不锈钢管无氨蚀；就总体情况而言，应力腐蚀是不锈钢的主要腐蚀形态，但在凝汽器工况条件下，由于温度较低，不锈钢管一般无应力腐蚀。同其它材料一样，不锈钢管也存在生物腐蚀。由于铜离子有杀生作用，不锈钢管凝汽器生物繁殖的问题可能会比铜管更严重一些，但循环冷却水中若加入有效的杀生剂，管子清洗工作做得好，则生物腐蚀的矛盾也不突出。影响缝隙腐蚀、点蚀的主要因素不仅有Cl-浓度，还有SO2等缓蚀性离子的浓度、温度、水处理药剂的品种、用法、用量、不锈钢品种等等。

对电冶公司近 5 年的循环冷却水质工况数据的分析表明 ，最高Cl-浓度是156mg/ L，循环冷却水出口温度大多数小于 35 ℃，最高温度约45 ℃。针对电冶公司冷却水质工况，以不发生腐蚀为主要依据做了不锈钢选材试验。根据选材试验结果，可选用316 型不锈钢管作为凝汽器管材。然后做了冷却水工况条件下316不锈钢管与黄铜管耐蚀性能对比试验。

试验表明，316不锈钢管的阻抗远大于黄铜管，说明在电冶公司循环冷却水中316不锈钢管的耐蚀性能大大好于黄铜管 。

电冶公司#2机凝汽器黄铜管换成316不锈钢管后，从未发生过腐蚀泄漏 ，为机组的安全运行提供了有力的保障 。

（二）传热性能比较

虽然316型不锈钢的导热系数仅为黄铜管的15%，但由于（1）不锈钢管壁厚度只有黄铜管的60%；（2）管壁热阻只占总热阻的2%～5%，管材导热系数对总的传热效率影响很小，而管壁的污垢热阻占有很大的比例；（3）与铜合金管相比，不锈钢管腐蚀产物较少，故管壁光洁，不易沾污，因此具有较高的清洁度系数和较低的流动阻力；（4）不锈钢管堵管率较低；（5）旧机组铜管换成不锈钢管后，由于阻力变小，冷却水流量相对提高，所以不锈钢管凝汽器总传热效果不一定比铜合金管低，有时甚至还略好一点。

用“凝汽器流动与传热特性数值计算程序”计算N2000-Ⅰ型凝汽器传热特性，采用的部分参数和计算结果见表1。

结果表明，在清洁度和其它条件均相同的情况下，用不锈钢管替换铜管确有可能使真空值有所下降。但若不锈钢管比铜管清洁度系数高5%，不锈钢管凝汽器的真空度反比黄铜管略高。如再考虑堵管率低和水量增高等因素，则真空值会更高。国外和国内不锈钢管凝汽器的实践也证明了不锈钢管凝汽器总传热效果不一定比铜合金管低，有时甚至还略好一点 。

随机抽取了电冶公司#2机2009年黄铜管凝汽器2010年不锈钢管凝汽器数据统计分析凝汽器换管前后的传热性能，在相同负荷、相近冷却水进口温度、不同管材条件下凝汽器性能的比较见表2

从表2可见，换成不锈钢管后凝汽器端差降低了、真空值提高了，负荷也相应的有所增加。

影响凝汽器真空的因素很多，能较好反映凝汽器本身传热性能的参数是端差。从表2可见不锈钢管端差平均值低于黄铜管1.5度，不锈钢管端差最低值低于黄铜管。这说明电冶公司#2机凝汽器换成不锈钢管后总的传热性能提高；黄铜管在清洁的情况下传热性能略高于不锈钢管，但黄铜管腐蚀产物多，容易结垢，传热性能因此大幅度下降，端差大幅度上升 。

（三）经济性能比较

凝汽器用不锈钢管基本上都是焊接管，不仅尺寸精度高，而且价格比无缝管低。不锈钢焊接管国内外均有生产，不同制造商的价格和质量均悬殊很大虽然316不锈钢焊接管每吨的价格比黄铜管高，但由于不锈钢密度比黄铜低，管壁薄，厚度只有黄铜管的60%，总重量约为黄铜管的56%，所以换316不锈钢焊接管的材料费用并不一定比黄铜管高，甚至有可能比黄铜管低。

电冶公司#2机凝汽器换316不锈钢管与许昌宇东换热设备有限公司合作，黄铜管由许昌公司回收，其他更换所产生的一切费用由许昌公司负担。

更重要的是在淡水中，316不锈钢管的腐蚀泄漏率大大低于黄铜管，使用寿命大大高于黄铜管。电冶公司#2机凝汽器黄铜管的寿命约为6.5年。机组寿命如按45年计算，换成不锈钢管后，#2机再运行25年。按照现在电冶公司不锈钢管凝汽器的状况和国外的经验，预计不再需要换管。这样可以少换管4次，节约换管材料和人工费用约900万元。此外，由于换成不锈钢管后腐蚀泄漏率会大大降低，不仅减少了停机检修时间，而且安全性能大大提高，由此带来的经济效益更加可观 。

四、结论

电冶公司#2机凝汽器黄铜管全部换成了316不锈钢管后，取得了较好的效果。不锈钢管不仅比黄铜管强度高，抗振性能好，耐蚀性能强，使用寿命长，泄漏率低，而且传热效果略有提高，换管无任何费用支出，不论是技术性能还是经济性能不锈钢管都比黄铜管好。因此，以后旧机组改造或大修换管时，可优先选用不锈钢管

参考文献：

[1]梁磊，周国定等。凝汽器使用不锈钢管应注意的几个问题。中国电力，2000。

[2]梁磊，周国定等。不锈钢管在我国凝汽器上的应用前景。中国电力 ，1998.

[3]齐复东，贾树本等。电站凝汽设备和冷却系统。水利电力出版社，1990。