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凝汽器冷卻管選材比較論文
【摘要】 本文主要對不銹鋼和銅從材料性能、傳熱效果和經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面進(jìn)行比較,從而確定適合用作凝汽器冷卻管的材料。
【關(guān)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(fā)電機(jī)組的重要輔機(jī)設(shè)備,凝汽器的運(yùn)行情況的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)機(jī)組的正常運(yùn)行。而冷卻管腐蝕是影響凝汽器安全穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)主要隱患。
我廠兩臺(tái)6MW機(jī)組均配用的是N-560型凝汽器,冷卻管采用的是20×1的黃銅管,材質(zhì)為HSn70-1A。兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行至今已有近九年的時(shí)間,凝汽器的冷卻管出現(xiàn)了大面積的泄漏現(xiàn)象,已經(jīng)嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行,雖經(jīng)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(jìn)行換管,并考慮對冷卻管進(jìn)行重新選材。
目前,國內(nèi)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(zhì)都具有極強(qiáng)的耐蝕性。作為最耐腐蝕的結(jié)構(gòu)金屬,其密度小、強(qiáng)度高,并且在沸水環(huán)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(jià)格昂貴及安裝費(fèi)高,西方國家和我國都只限于濱海電站和核電站中應(yīng)用,連接造成的電偶腐蝕和管內(nèi)結(jié)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(jìn)行比較。
1.材料性能
國內(nèi)外常用的銅管和不銹鋼管的化學(xué)成分、物理和機(jī)械性能見下表1。
可以看出,不銹鋼管從材料性能上有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
1)不銹鋼管材料的強(qiáng)度大于銅管,從而提高冷卻水管在運(yùn)行過程中對汽側(cè)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(qiáng)度好,線膨脹系數(shù)低于普通銅管,減少來自內(nèi)部的應(yīng)力。
3)不銹鋼管抗結(jié)垢能力強(qiáng),因?yàn)槲酃笇优c不銹鋼的熱脹系數(shù)差別很大,當(dāng)受熱時(shí),由于線型曲率變化不等而自動(dòng)脫落。
4)在凝汽器的空氣冷卻區(qū)內(nèi),經(jīng)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(chǎn)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(qiáng)。
5)由于不銹鋼的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度較大,所以不銹鋼的使用壽命也相應(yīng)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。
2.傳熱效果:
雖然從銅和不銹鋼材料的導(dǎo)熱率看,銅的導(dǎo)熱率是不銹鋼的10倍,但熱交換器總的傳熱系數(shù)是由多個(gè)因素決定的。熱交換器的傳熱過程如下:
在以上的三個(gè)傳熱過程中,除銅的導(dǎo)熱率比不銹鋼高以外,不銹鋼管在以下的幾個(gè)方面具備優(yōu)勢:
1)不銹鋼管和銅管相比高粗糙度的金屬表面不會(huì)形成穩(wěn)定的水膜,出就是說水膜熱阻較小,增強(qiáng)了蒸汽與管外壁的換熱效果。
2)因不銹鋼的強(qiáng)度較大,同規(guī)格的管子可做的比銅管薄,這樣以來管子的導(dǎo)熱效果也得到相應(yīng)的提高。
3)因?yàn)椴讳P鋼管的壁厚較薄,其相應(yīng)的內(nèi)表面積也比同直徑的銅管大,因此其對流換熱效果也相應(yīng)提高。
綜合以上的幾個(gè)方面,通過計(jì)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(dāng)。
3.經(jīng)濟(jì)性。
目前,國內(nèi)凝汽器用薄壁不銹鋼焊接管的技術(shù)已日益成熟,其價(jià)格也有了大幅度的下降,采用同規(guī)格的薄壁不銹鋼和采用銅管時(shí)的價(jià)格相差甚微。
2008年6月份,我廠對2號(hào)汽輪機(jī)凝汽器進(jìn)行了換管,冷卻管采用20×0.7的TP304不銹鋼管。經(jīng)過一段時(shí)間的試運(yùn)行,發(fā)現(xiàn)機(jī)組帶滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí),排汽溫度、凝汽器端差等參數(shù)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(yōu)點(diǎn),但它對冷卻水中的Cl-比較敏感,如控制不當(dāng)易造成管子的點(diǎn)蝕。在Cl-小于200mg/L的淡水中應(yīng)用可選用TP304或TP304L,在Cl-大于200mg/L的淡水中則應(yīng)選用TP316或TP316L�？傊�,和銅管比較不銹鋼管有一定的優(yōu)越性,在凝汽器的應(yīng)用中不銹鋼管替代銅管將是一個(gè)發(fā)展趨勢。
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