冷卻設(shè)備不銹鋼管用低壓換熱器安和經(jīng)濟(jì)

產(chǎn) 能及 標(biāo)準(zhǔn)

 

1.1 凝汽器及其它換熱器是火力發(fā)電廠的要輔助設(shè)備，其運(yùn)行是否良，直接影響發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)，其結(jié)是否合理要取決于換熱管的形式和舊式換熱管的材質(zhì)，都是采用銅材，由于材料的強(qiáng)度、蝕和抗沖擊的限制，銅管的壁厚在 1-1.5mm ，過厚的管壁不但影響了換熱效果，而且浪費(fèi)了量的金屬材料。

我公司自行開發(fā)研制的不銹鋼換熱管是選用標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼帶材，經(jīng)過卷制、焊接、滾壓、打磨、拋光等條龍生產(chǎn)加工而；可根據(jù)用戶的際需要，生產(chǎn)不同管徑、壁厚，長度等各種規(guī)格的管材。

1.2 我公司生產(chǎn)的簿壁光管具有以下：

•  我公司生產(chǎn)的簿壁光管可采用 0.5-0.7mm 的薄壁管材，提了整體換

熱能，在相同的換熱面積下，總體的熱系數(shù)比銅管提 2.121-8.408% 。

•  由于材質(zhì)采用美標(biāo)準(zhǔn) AISI304 、 316L 等不銹合金鋼，使其具

有較的硬度，管子的鋼度也明提，因此，具有很強(qiáng)的溫蒸汽的沖擊能及抗振能。

•  由于管子內(nèi)壁光滑，使得其邊界層流底層厚度減薄，既強(qiáng)化換熱，

又提了抗結(jié)垢能。

•  裝管工藝能，采用的脹管工藝，外徑公差與銅管致，

不需改變管板孔的加工公差，利于現(xiàn)場直接選用，別方便機(jī)的改造。

•  經(jīng)濟(jì)，在同等換熱面積下，不銹鋼管的本約為銅管本的

70% 左右，并可直接進(jìn)行換管。

•  為了消除焊接應(yīng)力，在保護(hù)氣體以 1050 ℃ 溫進(jìn)行熱處理。

•  所有鋼管均采用壓差進(jìn)行泄查，氣壓試驗(yàn)至 1.0MPa ， 5 分鐘

壓降。

我公司可根據(jù)用戶需求，

生產(chǎn)任意管徑、壁厚及長度的光管和螺紋管。

二 不銹鋼管用于低壓換熱器的安和經(jīng)濟(jì)

2.1 概述

選擇換熱器管材般原則是：不出現(xiàn)嚴(yán)腐蝕泄，使用盡可能長，沖蝕磨損，抗振，換熱系數(shù)，格合理。幾十年來，我的凝汽器，冷風(fēng)器等都使用銅管，具體是導(dǎo)熱系數(shù)。

運(yùn)行踐，凝汽器的銅管有的受到嚴(yán)的氨腐蝕，有的銅管受到嚴(yán)的磨損，這兩種現(xiàn)象造銅管嚴(yán)泄，使銅管使用縮短，機(jī)運(yùn)行的安和經(jīng)濟(jì)下降，增加了停機(jī)換銅管的時(shí)間。為此，不少人開始考慮凝汽器管材問題。

近年來，不銹鋼管量使用在凝汽器、冷油器，冷風(fēng)器、低壓加熱器上，據(jù)不完的計(jì)，使用的單位在百家以上，其包括 50-300MW 的機(jī)。不銹鋼管的使用，打破了的只能使用銅管的觀念，提了設(shè)備的安和經(jīng)濟(jì)，降低了投。

但是，還是有不少人對(duì)不銹鋼管缺乏興趣，要原因是不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)比銅管的導(dǎo)熱系數(shù)低，擔(dān)心影響熱。為此，有關(guān)單位對(duì)不銹鋼管使用在凝汽器上的總體熱系數(shù)進(jìn)行過年，取得了很的果。用不銹鋼管代替銅管的電廠越來越。

目，所用不銹鋼管般 AISI304 、 AISI 316L 這兩種不銹鋼管，其能滿足換熱器要求，其化學(xué)份如下表：

表：不銹鋼的化學(xué)份（ % ）

材料	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo
304	≤ 0.07	≤ 1.00	≤ 2.00	≤ 0.035	≤ 0.03	8-11.00	17-19
316L	≤ 0.03	≤ 1.00	≤ 2.00	≤ 0.035	≤ 0.03	12-15	16-18	2-3

 

2.2 使用不銹鋼管的經(jīng)濟(jì)

•  導(dǎo) 熱

表

管 材	導(dǎo)熱系數(shù)（ w/m.k ）
海軍銅管	100
鎳銅管	30
304 不銹鋼管	16.3
316L 不銹鋼管	15.8
317L 不銹鋼管	14.4

由于銅管的導(dǎo)熱系數(shù)為 100W/m ℃ ，不銹鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)為 13W/m ℃ ，這當(dāng)然要影響總體熱系數(shù)。但是，不銹鋼管的壁厚可以減薄以 0.5~0.7mm ，而銅管因強(qiáng)度及沖蝕磨損等原因，其壁厚不能 1mm 。

根據(jù)公式： R c = （ 1 ）

其： R c ——導(dǎo)熱熱阻， m 2 k/w 。

λ ——導(dǎo)熱系數(shù)， W/(m.k) 。

δ ——管壁厚度， m 。

管材， λ不變時(shí)， 根據(jù)公式（ 1 ）， δ越小， R c 越小，熱系數(shù)就越。這就可以縮小不銹鋼管與銅管總體熱系數(shù)的差距。

由于銅管內(nèi)外壁比不銹鋼管粗糙，容易結(jié)垢，增加了銅管的熱阻，這又使銅管與不銹鋼管的總體熱系數(shù)的差距縮小。

•  對(duì)流放熱

使用不銹鋼管或使用銅管，管內(nèi)流速都是紊流。影響對(duì)流放熱的因素是層流底層的厚度，因?yàn)閷恿鞯讓拥臒崾菍?dǎo)熱，而水的導(dǎo)熱系數(shù)很低。在流動(dòng)狀態(tài)相同的情況下，層流底層的厚度取決于管內(nèi)壁的粗糙度。銅管內(nèi)表面有氧化物，其粗糙度比不銹鋼管得，銅管的層流底層的厚度比不銹鋼的層流底層厚度也。這就使不銹鋼管的對(duì)流放熱系數(shù)比銅管的對(duì)流放熱系數(shù)。

1

R w = （ 2 ）

α w

 

其： R w 對(duì)流放熱熱阻， m 2  k/W 。

 

α w 對(duì)流放熱系數(shù)， W/ m 2  k 。

根據(jù)公式（ 2 ）， α w 越， R w 越小。

•  凝結(jié)放熱系數(shù)

凝結(jié)放熱有兩種方式：膜狀凝結(jié)和珠狀凝結(jié)。

其珠狀凝結(jié)放熱系數(shù)比膜狀凝結(jié)放熱系數(shù)得。但不銹鋼管外壁和銅管外壁哪種管材的珠狀凝結(jié)其它尚不清楚，但可以說兩種管材外壁部份是膜狀凝結(jié)。膜狀凝結(jié)的放熱系數(shù)小與膜的薄厚關(guān)系很，因?yàn)樵谀さ膬?nèi)部是導(dǎo)熱，水膜的導(dǎo)熱系數(shù)別低。而膜的厚度又取決于管外壁的粗糙度。銅管外壁因氧化層的關(guān)系，比不銹鋼管外壁粗糙得。因此，不銹鋼管外壁的凝結(jié)放熱系數(shù)比銅管外壁的凝結(jié)放熱系數(shù)。

 

1

R sa = （ 3 ）

α sa

 

其： R sa 管外壁的凝結(jié)放熱熱阻， m 2  k/W 。

 

α sa 管外壁的凝結(jié)放熱系數(shù)， W/ m 2  k 。

 

根據(jù)公式（ 2 ）， α sa 越， R sa 越小。

•  總體熱系數(shù)

1 δ 1

R= R sa + R c + R w = + + (4)

α sa λ α w

 

1

k = （ 5 ）

R

 

其： R 總熱阻， m 2  k/W 。

 

k 總體熱系數(shù)， W/ m 2  k 。

由（ 4 ）可知：對(duì)流熱阻、導(dǎo)熱熱阻和凝結(jié)放熱熱阻都減小，則總熱阻減小，總體熱系數(shù)增。

對(duì)于同臺(tái)機(jī)的凝結(jié)器，由于進(jìn)汽量不同、循環(huán)水溫和循環(huán)水量不同、背壓不同、換熱管清潔度不同，其熱系數(shù)是不同的。根據(jù)計(jì)，銅管和不同壁厚的不銹鋼管的凝結(jié)器投運(yùn)初期的相對(duì)熱系數(shù)如下表：

表二：不同壁厚的不銹鋼管和銅管的換熱能對(duì)照表

材質(zhì)	壁厚（ mm ）	熱系數(shù)相對(duì)（ % ）
銅管	1	100
不銹鋼管	0.7	98.93
不銹鋼管	0.6	+100.43
不銹鋼管	0.5	+101.86

注：以上的條件是銅管凝結(jié)器背壓為 0.0052MPa 、其他條件相同時(shí)的。

•  對(duì)相對(duì)真空的影響

對(duì) D09 型 200MW 機(jī)來說，總體熱數(shù)降低 6% ，相對(duì)真空降低 0.1183% 。總體熱系數(shù)提 2.124% ，相對(duì)真空提 0.0331% ?？傮w熱系數(shù)提 5.165% ，相通對(duì)真空提 0.0806% ?？傮w熱系數(shù)提 8.408% ，相對(duì)真空提 0.131% 。

由于壁厚減少，管子的平均直徑增加，熱面積增；通徑增，流速減小，水阻減小，循環(huán)水流然增加，流量增加到水速和水阻相同；由于流量增加，出水溫度降低，對(duì)數(shù)平均溫差減小，合作用的結(jié)果，相對(duì)真空提。

總體熱系數(shù)的變化，熱面積的變化和循環(huán)水流量的變化，使相對(duì)真空提，對(duì) 200MW 機(jī)，相對(duì)真空提如下表：

表三：對(duì)標(biāo)準(zhǔn)煤耗率的影響

壁 厚	1mm	0.7mm	0.6mm	0.5mm
熱系數(shù)變化相對(duì)真空提（ % ）	-0.1183	0.0331	0.0806	0.131
面積流量變化相對(duì)真空提（ % ）	0	0.121070753	0.1276344	0.1344086
合計(jì)相對(duì)真空提（ % ）	0.1183	0.154170753	0.2082344	0.2654086
標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低（ g/kwh ）	-0.3993	0.521016638	0.701104	0.878204025

•  長遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)

隨著運(yùn)行時(shí)間的增長，銅管氧化層將越來越厚，熱效果會(huì)越來越差。而不銹鋼不會(huì)氧化，或氧化速度很慢。因此，不銹鋼管的凝結(jié)器與銅管的凝結(jié)器如果同時(shí)投運(yùn)，運(yùn)行時(shí)間越長，不銹鋼管的凝結(jié)器的經(jīng)濟(jì)將會(huì)比銅管的凝結(jié)器越來越。同時(shí)，銅管對(duì)循環(huán)水的雜物的吸附能力比不銹鋼管要強(qiáng)得，運(yùn)行銅管的凝結(jié)器投運(yùn)膠球清洗的次數(shù)要得。據(jù)不少電廠的運(yùn)行表明，

凝結(jié)器的不銹鋼管基本不用或很少使膠球清洗，而凝結(jié)器的銅管則要經(jīng)清洗，這就要耗電，降低整個(gè)機(jī)的經(jīng)濟(jì)。

2.3使用不銹鋼管的安

•  不銹鋼管與銅管的工程

表四：不銹鋼管和銅管的工程表

管 材	度 t/m 3	屈服強(qiáng)度 MPa	拉伸強(qiáng)度 MPa	延伸率 %	彈模量 GPa	熱脹系數(shù) 10 -6
海軍銅管	8 ． 4	120	330	60	133	18
鎳銅管	8 ． 9	140	390	43	154	16
304 不銹鋼管	7.94	210	520	35	193	17.3
316L 不銹鋼管	8	180	480	35	200	17.3
317L 不銹鋼管	8	180	480	35	200	16.5

從上表可以看出：不銹鋼管的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都比銅管，不銹鋼管的使用然要比銅管長，熱脹系數(shù)比銅管低，與管板接近，因此，不易因熱脹冷縮面損傷了管子或影響脹口而泄露。

•  抗沖蝕

由于不銹鋼的硬度比銅管，對(duì)于蒸汽側(cè)的水滴、水側(cè)泥砂、入口湍流等的沖蝕能都提。

•  抗腐蝕能

經(jīng)過不少單位的試驗(yàn)和，海軍銅管、鎳銅管和不銹鋼管用于凝結(jié)器時(shí)對(duì)各種腐蝕沖擊的能，列表如下：

表五：不銹鋼管和銅管的抗腐能對(duì)照表

腐蝕種類	海軍黃銅管	鎳銅管	不銹鋼管
般腐蝕	2	4	5
沖擊腐蝕	2	5	6
蝕（運(yùn)行狀態(tài)）	4	5	4
蝕（積滯狀態(tài)）	2	4	2
速?zèng)_擊	3	5	6
沖擊	2	4	6
蒸汽腐蝕	2	4	6
氨 蝕	2	5	6

注：表的數(shù) 2-6 表示抗腐蝕能力由小到。

從上表可以看出：不銹鋼管抗蝕能與銅管樣，其余都比銅管的抗蝕能強(qiáng)。

表六：適應(yīng)氯離子的指標(biāo)

管 材	HSn70-1A	TP304	TP316 L
氯 離 子 (mg/L)	< 1 0 0	<2 00	< 500
	短期 < 3 00	短期 <5 00	短期 < 1000

 

從上表可以看出：不銹鋼管抗氯離子的能比銅管得。在其他條件相同的情況下，如果循環(huán)水的氯離子含量相同，不銹鋼管的使用至少是銅管的二倍以上。

上所述：不銹鋼管與銅管相比具有的：抗沖蝕能，能抗蒸汽帶水滴在速的沖擊腐蝕；抗氨腐蝕能；水側(cè)沖擊腐蝕；現(xiàn)給水回?zé)嵯挡捎勉~離子系，且 PH 可提，以減少腐蝕產(chǎn)生率；可提冷卻水流速，達(dá) 2 .3m/s ，可達(dá) 3 . 5 m/s ，這樣，既可提總體熱系數(shù)，又可減少管內(nèi)雜質(zhì)的沉積。

•  抗振能

凝結(jié)器汽側(cè)的速蒸汽和水滴將使管子產(chǎn)生振動(dòng)，由于不銹鋼管的強(qiáng)度和硬度，可以改善管子的振動(dòng)。

•  不銹鋼管壁厚的選擇

從表三可以看出：壁厚越薄，節(jié)約的標(biāo)準(zhǔn)煤越。但是否選擇壁厚為 0.5mm 的不銹鋼管就是的呢？不，壁厚越薄，安裝時(shí)就越難，焊接時(shí)要求就越，而且抗振能越差，磨穿就越，短。般來說，要求壁厚為 0.5mm 、 0.6mm 和 0.7mm 的不銹鋼管，只需要脹管就行，不焊接，只是脹管頭有所不同。其次，管壁越薄，單越。因此，選擇不銹鋼管的壁厚，應(yīng)合考慮。在此的是 0.6mm 的不銹鋼管。

•  結(jié) 論

上所述，使用 0.5-0.7mm 的不銹鋼管，熱系數(shù)，抗腐蝕能和抗沖蝕的能都，改善了振動(dòng)。隨著運(yùn)行時(shí)間的增長，銅管氧化越來越嚴(yán)，而不銹鋼管卻輕微得，因此，不銹鋼的熱效果比銅管會(huì)越來越。

 

 

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