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    不銹鋼換熱管的應用可行性分析

    日期:2022-05-11 22:16
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    摘要:不銹鋼材料在換熱器的管材上應用從60年代就開始。目前在美國60%以上凝汽器管材采用不銹鋼管。使用長度達24384萬米,已安裝在凝汽器上管材中有96%以上仍在使用。歐州國家中有德國、法國等公司在70年代左右開始用不銹鋼管作換熱器的管材。

    不銹鋼換熱管的應用可行性分析

    不銹鋼材料在換熱器的管材上應用從60年代就開始。目前在美國60%以上凝汽器管材采用不銹鋼管。使用長度達24384萬米,已安裝在凝汽器上管材中有96%以上仍在使用。歐州國家中有德國、法國等公司在70年代左右開始用不銹鋼管作換熱器的管材。

    不銹鋼管換熱器優于銅管換熱器有:

    1. 抗沖蝕性好。能夠抵制蒸汽帶水滴在高速中的沖擊碰撞。早在19世紀五十年代中期,美國就開始在管束周邊布置不銹鋼管。

    2. 抗氨腐蝕性能好。氨性介質能引起銅管應力腐蝕裂紋,也可導致凝結水腐蝕即稱氨腐蝕,而采用不銹鋼管,就可不需要采用其他防腐蝕措施。

    3. 抗水側沖擊腐蝕和疏化物腐蝕的性能優良。管端可以不需要硫酸亞鐵保護。

    4. 采用不銹鋼管凝汽器后,機組可以采用無銅管子系統,并且PH值可以提高,減小腐蝕產生率。

    5. 采用不銹鋼管的凝汽器,可以與鈦管凝汽器一樣做到凝汽器無泄漏,可以節省銅管凝汽器的換管和檢修維護工作,它的使用壽命是銅管的34倍,達到與主機同樣壽命3040年。

    6. 采用不銹鋼管凝汽器冷卻水速度可提高至2.3m/s,*高可達3.5m/s,這樣既可提高總傳熱系數,又可使冷卻管內雜質的帶走。不銹鋼管的表面比較光澤,不易結垢,其清潔系數可以提高至0.9。

    7. 不銹鋼管換熱器的冷卻水能適應于溶解固形物2000mg。

    8. 由于不銹鋼材料強度和彈性模量都比銅材高,所以抗震性能好,因此相同直徑的管子隔板之間距離可比銅管大。并且可以采用有縫薄壁焊接管。盡管不銹鋼管子價格比銅管貴,但是相同傳熱面積的管材重量將比銅管輕一半左右,因此凝汽器管材總價二者幾乎接近。

    不銹鋼管凝汽器不適用的因素:

    1.對氯化物比較敏感,所以不銹鋼管使用時,對氯化物有限制額。

    2.不銹鋼管子和銅管板會產生電化腐蝕、鋅腐蝕,故要采用陰極保護。

    3.在停機時,有鈣酸物沉積,不銹鋼TP304TP316會產生點腐蝕,因此在機組長期停運前,應用清潔水沖洗水室和管子,并打開水室蓋板,風干兩天以免水滴蒸發后FeCl-1濃度過高而產生點蝕。

    另外,國內外一些電力制造公司建議采用不銹鋼波紋管代替銅管,其傳熱效果可以增加25%~30%,但相同直徑的管子阻力損失要比光管大,而且在國內大型凝汽器中使用尚無業績。

    因此基于上述情況,建議老機組的凝汽器改造或銅管泄漏嚴重時,可采用不銹鋼管代替銅管。

    不銹鋼換熱管可行性分析:

    技術性分析

    1.傳熱性能:對發電機組凝汽器,當冷卻管材料由不銹鋼代替海軍黃銅時,其傳熱變化為:傳熱管兩側放熱條件無變化,即兩側放熱形式和放熱系數相同,僅為傳熱管的材料和壁厚引起的管壁熱阻變化,但是壁厚影響的變化比較小。

    壁厚影響僅占總熱阻的2%,而材料的影響比較大,根據HEI標準海軍黃銅的材料傳熱系數為1.01(管子φ25x1),而不銹鋼的材料傳熱系數為0.89(管子φ25x0.6),因此可以看出相同規格的管子材料傳熱系數不銹鋼管要比銅管低11%左右。      但是由于總傳熱系數與速度是平方根的關系,因此當不銹鋼管的冷卻水速由銅管的2m/s提高到2.3m/s時,其總的傳熱系數可提高7%,并且不銹鋼管的表面光澤,清潔系數也可提高到0.9,這樣兩者的總傳熱系數基本接近。

    不銹鋼管總的傳熱系數不一定比銅管差,并且在運行一段時間后不銹鋼管更為優越。其原因是污染和結垢的冷卻管會給熱傳遞帶來不利影響,腐蝕物和結垢所造成的絕熱現象,*大可使熱傳遞系數降低50%。

    2.管束振動問題:不銹鋼材料強度和彈性模量都比銅材高。但是由于原來管束抗震計算是根據管子的自振頻率要避開汽輪機的轉速3000/秒時而引起的共振,從而得出隔板之間距離比較大。而現在管子振動計算是根據美國HEI標準關于預防汽流激振的經驗公式,即汽輪機排汽口達到音速的條件來確定凝汽器冷卻管的*大跨距值,以確保凝汽器冷卻管不致于振動而損壞,其計算結果約為900mm,所以可視原凝汽器隔板距離而定,是否需要增加小隔板。

    3.抗蝕能力提高。不銹鋼耐沖蝕和耐腐蝕性能遠遠好于銅管,但奧氏體不銹鋼對氯離子腐蝕能力差??梢罁鋮s水中氯離子的含量, 選取不同的不銹鋼管,當冷卻水中氯離子含量較少時均可采用TP304、TP304L,當水質中氯離子含量高時可采用TP316L、TP321等。

    4.管子與管板連接。若管板采用不銹鋼復合板,那么管子與管板可以采用脹接和密封焊,保證凝汽器無泄漏,使用壽命可達3040年,如果單換管子,管子與管板采用脹接,為了確保連接處的不泄漏也可用密封膠或者管板開槽。

    5.不銹鋼管的制造工藝。不銹鋼管強度和彈性模量比其他材料尤其是銅管來得高,塑性好,延伸率高。

    經濟性分析:

    1.以往大家都覺得采用不銹鋼管作凝汽器的價格比較貴。但是實際上并不是這樣。由于技術發展,如今發達國家不銹鋼管子是采用有縫的焊接管。先制成不銹鋼帶,然后經卷成形、焊接、熱處理、矯直定尺、切割、氣壓檢查、無損探傷、消 除應力處理,到包裝出廠的全過程有一條自動生產線。這樣焊接管的質量完全可以達到無縫管的質量標準,而且有縫不銹鋼管比無縫不銹鋼管的管壁厚度更均勻,保證了管子脹接質量,有縫不銹鋼管價格比無縫不銹鋼管要便宜。另外不銹鋼管的強度和彈性模量都比銅管高,所以不銹鋼管可以采用薄壁管,在相同面積情況下,重量要輕,兩者價格基本接近。

    2.不銹鋼管的凝汽器管子和管板采用脹接和密封焊時,需增加一道焊接工序,因此安裝成本略有增加。

    3.能杜絕泄漏,對凝汽器維持殼程的真空和保持殼程凝結水的清潔大有好處,減少維修工作,避免了凝汽器泄漏而停機帶來的損失。

    4.使用壽命增加,是銅管的3-4倍。

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