热电厂凝汽器改造分析2011-11-5)

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1、2×3MW汽轮机凝汽器铜管换不锈钢光管改造经济技术分析摘要五九煤炭集团热电厂2×3MW汽轮机凝汽器由铜管直接改造为不锈钢光管，经低真空循环水供热运行后表明，不锈钢光管换热效果优于铜管，在发电厂换热效果上具有很好的推广应用价值。一、前言**煤炭集团热电厂2×3MW汽轮机为青岛汽轮机厂生产，投产日期：1980年和1987年。凝汽器型号为N-280，设计参数为：冷却面积：280㎡冷却水量：1100m3冷却水温：25℃铜管材质：HSn70-1A铜管数量：1121根铜管规格：Φ20×1×4000mm汽侧设计压力：0.0049MPa水侧最大工作压力

2、：0.2MPa2台机运行24和31年后，汽轮机机凝汽器铜管开始泄露，运行中加木屑控制凝结水硬度，停机清洗凝汽器铜管次数逐年增多12。同时，凝汽器铜管结垢严重（平均2mmm）,有10%的铜管因结垢严重而堵死不通，致使汽轮机排气真空降低，带负荷能力降低。因此，经过大量调查研究工作，提出更换不锈钢光管。一、铜管与不锈钢管的比较和选择1、机械、化学性能对比自不锈钢薄壁管国产化以后，不锈钢管在国内凝汽器上的使用就有了逐步推广的趋势，因此淡水地区对凝汽器的换管就有了铜管和不锈钢管两种选择。根据《火力发电厂凝汽器管选材导则》对比两种管材的性能如下

3、：材质状态抗拉强度（Mpa）屈服强度（Mpa）伸长率（%）弹性模量（Gpa）热导率20℃，W/m.K水中允许CL含量mg/L允许流速m/s最高最低HSn70-1软≥295≥147≥38108109<1502.21TP304退火≥515≥205≥3519313.8<2002.21TP316退火≥515≥205≥3519313.4<10002.21根据上表，不锈钢管的机械性能和化学性能优于铜管，主要表现在：（1）耐冲击腐蚀优于铜管12由于不锈钢的强度和表面度都高于铜管，不论是耐汽侧的高速、蒸汽及水滴，还是水侧的泥沙及入口湍流，表现均优于铜管

4、；在对用于长江水的重庆电厂考察表明，同时更换的不锈钢管和铜管使用一年后，铜管管口已出现明显的冲刷腐蚀，而不锈钢管保持良好。（2）耐氨腐蚀铜管对空气冷却区的氨腐蚀较为敏感，这也是造成空冷区容易泄漏的主要原因；而不锈钢管对氨不敏感。（3）振动和结垢汽轮机末叶排出的高速蒸汽和水滴是产生凝汽器管子振动的主要原因，由于不锈钢管的刚度大于铜管，因此其相对抗振性优于铜管；而不锈钢管光洁的内外表面是防止结垢的最有效条件2、不锈钢换热管与铜管的换热性能对比（1）、导热：由于铜管的导热系数为100W/m℃，有缝不锈钢管的导热系数为13W/m℃，这当然要影响

5、总体传热系数。但是，有缝不锈钢管的壁厚可以减薄以0.5～0.7mm，而铜管因强度及冲蚀磨损等原因，其壁厚不能低于1mm。根据公式：Rc=λ/δ（1）=100/1=100Rc=λ/δ（1）=13/0.5=26其中：Rc—导热热阻，m2k/wλ—导热系数，W/(m.k)δ—管壁厚度，m管材一定，λ不变时，根据公式（1），δ越小，Rc越小，传热系数越大。这就可以缩小有缝不锈钢管与铜管总体传热系数的差距。由于铜管内外壁比不锈钢更粗糙，容易结垢，增加了铜管的热阻，这又使铜管与有缝不锈钢管总体传热系数的差距缩小。 （2）、对流放热12：使用有缝不锈

6、钢管或使用铜管，管内流速都是紊流。影响对流放热的最大因素是层流底层的厚度，因为层流底层中的传热是导热，而水的导热系数很低。在流动状态相同的情况下，层流底层的厚度取决于管内壁的粗糙度。铜管内表面有氧化物，其粗糙度比有缝不锈钢管大得多，铜管的层流底层的厚度比有缝不锈钢管的层流底层厚度更大。这就使有缝不锈钢管的对流放热系数比铜管的对流放热系数大。Rw=αw/Rw (2)其中：Rw—对流放热热阻，m2k/wαw——对流放热系数，w/m2.k根据公式（2）αw越大，Rw越小。  （3）、凝结放热系数：凝结放热系数有膜状凝结和珠状凝结两种，珠状凝结

7、放热系数比膜状凝结放热系数大得多。但有缝不锈钢管外壁和铜管外壁哪种管材的珠状凝结更多尚不清楚，但可以说两种管材外壁大部份是膜状凝结。膜状凝结的放热系数大小与膜的薄厚关系很大，因为在膜的内部是导热，水膜的导热系数特别低，而膜的厚度又取决于管外壁的粗糙度。铜管外壁因氧化层的关系，比有缝不锈钢管粗糙得多。因此，有缝不锈钢管外壁的凝结放热系数比铜管外壁的凝结放热系数大。Rm=αm/Rw（3）Rm—管外壁的凝结放热热阻，m2k/wαm—管外壁的凝结放热系数，w/m2.k根据公式（3），αm越大、Rm越小。（4）、总体传热系数12：对流热阻、导热阻

8、和凝结放热热阻都减小，则总热阻减小：总热阻减小，总体传热系数增大。在壁厚相同的情况下，有缝不锈钢管的总体传热系数比铜管低6%。由于使用比铜管薄的有缝不锈钢管，有缝不锈钢管的总体传热系数和凝结放热系数都比铜管