凝汽器管材选用理论分析及改型试验

摘要：凝汽器冷却管路结构形式、管材质量直接决定着汽机的工作效率。目前国内主要的凝汽器管材有铜管、不锈钢管、钛管，管道结构形式有普通管、螺纹槽管。材质不同、结构不同，对应的价格也有很大差别。因此选择什么的管材，不仅取决于水质情况和机组运行工况，还要考虑其性价比，本篇论述主要针对使用黄河水质做冷却介质时，所选取管材的方法。

关键词：凝汽器 管道 材质 结构 性价比 选择

1 凝汽器存在的问题

我厂蒸汽轮机凝汽器自91年投产运以来，经近22年的生产运行，由于黄河水质逐年变差，凝汽器结垢问题日趋严重，垢物引起积盐腐蚀。造成凝结水品质恶化，影响机组正常运行。在99年至2012年间，因凝汽器泄漏引起停机多达13次之多，因泄漏问题引起汽机真空度下降，严重影响了机组出力。另外，此类型产品由于设计过于落后，换热效率低，同样制约着机组的负荷。针对以上情况对凝汽器冷却系统进行更新改造。

2.2对拟采用的管材及其结构进行原理分析

2.2.1不锈钢冷却水管的优点

对国内外常用的铜管和不锈钢管的化学成分、物理和机械性能进行比较，不锈钢管从材料性能上具有以下几个优点

1）抗冲蚀性好，能够抵挡蒸汽带水滴在高速中的冲击碰撞。不锈钢管子在管束周边布置的应用，在19世纪五十年代中期就开始应用了。因此顶三排迎汽面不需要采用其他材科。

2）抗氨腐蚀性能好。氨性介质能引起铜管应力腐蚀裂纹，也可导致凝结水腐蚀，即称氨腐蚀，而采用不锈钢管子，可以不需要其他措施。

3）水侧冲击腐蚀和硫化物腐蚀冷却管的腐蚀也称水侧冲击腐蚀，先发生在铜合金管的冷却水侧，是由于水流的冲击破坏了局部保护膜在铜管表面形成局部活化-纯化电池所致，其形状有马蹄形、星形等外观。另外，冷却水受到硫化物、聚硫化合物和硫元素的污染时，铜合金就会很快受到硫化物腐蚀，受硫化物污染的冷却水可引起并加速合金的腐蚀点蚀或晶向腐蚀，并可改变电池偶的极性。冷却管管壁被这种污染冷却孔的穿透率较高，而采用不锈钢冷却管就可以避免产生冲击腐蚀和硫化物腐蚀，管端可以不采用硫酸亚铁保护。

4）采用不锈钢凝汽后，机组可以在给水回热系统采用无铜离子系统，并且PH值可以提高，以减少腐蚀产生率。

5）采用不锈钢凝汽器后，冷却水速度可提高至2.3m/s，最高可达3.5m/s。这样既可提高总传热能力，又可减少冷却管内杂质沉积。

6）采用不锈钢管凝汽器可以如钛管凝汽器一样做到凝汽器无泄漏。

2.2.2性能分析

1）传热性能

（1）不锈钢管高光洁度的金属表面具有低的性能，不会形成水膜，有稳定的传热能力，增强了蒸汽与管外壁的换热效果。

（2）不锈钢管抗结垢能力强。因为污垢层与不锈钢的热胀系数差别很大，当受热时，由于线型曲率变化不等而自动脱落。

经过比较，虽然铜管的导热系数比不锈钢管大，但由于不锈钢管壁光洁度好，清洁度好，清洁系数高，水垢厚度薄，其管内流速增大，因此采用不锈钢管总体传热系数与铜管大致相等。

2）管束振动

当薄壁的不锈钢管取代铜管时，由于其管壁减薄，并且其比重减少，所以管束对于汽流激振预防，可报据美国HEI标准有关预防汽流激振的经验公式由汽轮机排汽口达到音速的条件来确定凝汽器冷却管的最大跨距值，以确保凝汽器冷却管不被振动损坏，这与钛管凝汽器一样，隔板距离缩小，适当增加隔板数量。

3 ）抗蚀能力

不锈钢耐冲蚀和耐腐蚀性能远远好于铜管，但奥氏体不锈钢对氯离子腐蚀能力差.可依据冷却水中氯离子的含量，选取不同材料的不锈钢管。

2.2.3不锈钢管管材型号的选用

尽管对于凝汽器而言，不锈钢管的采用将使得管材成本和制造成本提高，但是，其能根本上杜绝泄漏，对凝汽器维持壳程的真空和保洁壳程的凝结水质极为有益，并且减少了维修工作，避免了凝汽器泄漏而停机带来损失，同时提高了设备的使用寿命。因此， 在冷却水质可行的情况下，选用不锈钢管替代铜管作为凝汽器的冷却管，具有技术上的可操作性和良好的经济性，在凝汽器成本略有上升的前提下， 仍然具有广泛的应用前景。

2.3采用螺纹槽管

螺纹槽管是一种以强化管内冷却水侧换热为主的双侧高效强化管，该管型安装与光滑圆管无异，加工方便，搞结垢能力强，

除垢方法简易，国外已广泛用于电厂，并且水蒸汽在水平换热管管外凝给的条件下，易于实现凝汽器的小型化。螺纹槽管的形状如图所示，这种管子的性能与槽深和螺距有很大关系，当增加槽深时，强化传热的效果会增加，但同时管内的流动阻力也阻之增加，从而增加了循环水泵的耗功或者降低循环水的流量。通常认为螺纹槽管的流动阻力随着槽深的增加其换热系数有所增加。同时，其流动阻力也随之显著增大。

3 取得成果

通过该项目的实施，目前汽轮机因真空跳闸问题得以解决，同时还解决了凝汽器腐蚀、结垢等问题。另外通过改造，有效地提高了机组负荷，增加了发电效益。