冷凝器铜管材质

第五节 热交换器冷凝管 一、H68A 管 1951 年，大中金属材料厂开始小批量试制生产三七黄铜管，近似苏联标 准 68 黄铜管（即 H68 黄铜管），产量很低，班产只有二三十支。1954 年， 应上海杨树浦发电厂和西安电厂的要求，研制三七黄铜冷凝管，作发电机组 维修用。1956 年，上海铜厂为国产 6000 千瓦发电机组配套生产直径 2111800 毫米 H68 黄铜管，并以自订的铜管质量检验标准及暂行规则 （试行）检验出厂，成为国内第一家生产冷凝管并装机使用的工厂。之后， H68 管逐步为 2.5 万、5 万、12.5 万、20 万千瓦发电机组配套。 但是，H68 冷凝管在装机使用中发现有局部脱锌腐蚀而造成泄漏现象， 有的使用寿命仅三五年，影响发电设备的正常运行。1973 年，该厂经过几年 试验研究在其他冷凝管中添加 0.030.06%微量砷元素，提高耐蚀性能的成 功工艺，移植于 H68 冷凝管。经河北下花园、安徽马鞍山、西安坝桥、山西 大同等 6 个不同水质的内陆电厂的 4 年多装机使用和每年抽样检验的工业性 试验，取得良好的效果。后又扩大到山东南定等 20 多家电厂使用，年腐蚀 深度在 0.03 毫米左右。据此速度计算，1 毫米壁厚的铜管，即使腐蚀一半厚 度也要 10 余年。经电力部西安热工研究所认定，含砷 H68 冷凝管抗脱锌腐 蚀能力高，使用寿命可比不含砷的提高 4 倍。据此，该厂提出发电机组冷却 水盐量低于 800 毫克/升、水速 2 米/秒的淡水电厂采用 H68A（A 指含砷）管 的建议。并列入由该厂起草的冶金工业部 H68A 热交换器部颁标准 YB716/78。为进一步提高产品质量，19811983 年，该厂又对铜管表面碳膜 的影响进行研究，改进了酸洗工艺。1989 年，该厂制定内控标准，用于直径 10251.02.0 毫米定尺长度 H68 冷凝管的创优，并采用逐根涡流探伤 后出厂，使 H68A 冷凝管质量更得到保证。 该厂生产的 H68A 冷凝管，产量占全国同类产品的 20%左右，主要供应上 海、青岛、杭州、哈尔滨、绵阳等地的汽轮机厂、电站辅机厂，制造以内陆 淡水作冷却介质的热交换器使用。间接用户遍及内陆发电厂，得到用户好评。 H68A 冷凝管，1988 年评为上海市优质产品，1989 年评为中国有色金属 工业总公司优质产品。19561990 年（连同不含砷的 H68 管）共生产 11846.8 吨。是该厂主要产品之一。 二、HSn701 管 1954 年，上海九九无缝铜管厂应上海杨树浦发电厂维修换管的需要，开 始研制冷凝管。根据来样，测得化学成份为含锡 1%左右的三七黄铜。于是以 炮弹壳、废旧黄铜管回料和电解铜、锡等适当配比，地坑坩埚炉熔炼，糠模 铸锭，钻床钻孔，250 吨水压机挤压，5 吨和 3 吨拉伸机拉制成管。尺寸规 格为直径 162011.5 毫米。由于工艺设备落后，工模具供应紧张，生 产不正常。月产不过数吨。1956 年起，上海铜厂逐步按苏联 OCT 标准 O701 组织生产。1964 年，冶金工业部颁发 HSn701 冷凝管标准，即按 部标生产。 在五六十年代，上海铜厂生产的 701 冷凝管占全国总产量 70%以上， 并先后为国产 1 万、2.5 万、12.5 万千瓦发电机组配套。HSn701 管，作为 淡水地区发电机组使用，性能优于 H68。但因工艺装备及技术测试手段比较 落后，铜管表面质量和性能波动较大。装机使用后也曾发生早期泄漏现象， 部分机组特别是水质含盐量较高的地区，脱锌腐蚀严重，影响机组正常运行 发电。产量也满足不了电力工业日益发展的需要。 为了提高它的耐腐蚀性能，该厂将 HAl772 加砷的成果应用于 HSn70 1 冷凝管。经过几年装机使用，获得良好的效果。从而形成含砷的 701A 冷 凝管（砷元素 AS 首位字母）新品种。1978 年，含砷冷凝管列入国家标准， 淘汰不含砷的冷凝管。又统称 701 冷凝管。 1971 年，该厂水平连续铸造机投产，用间断拉铸工艺生产 HSn701 坯 锭，结晶致密，无气孔夹杂，但热穿孔时有开裂。1974、1975 年两次组织攻 关，未能找出穿孔裂开的内在规律。1977 年又对化学成份、熔炼、拉铸和加 热穿孔工艺集中进行调研，经过一个多月跟班追踪，现场实测铜水温度、拉 铸速度、冷却水温、水速、拉铸中心线精确度以及裂开坯锭的含铅量等等， 摸索出最佳生产工艺，并严格控制铅含量0.03%（标准是0.035），同时 注意提高石墨结晶器内套质量，终于使穿孔合格率稳定在 90%以上。1981 年 1982 年，在上海碳素厂协助下，潘金荣、朱锦春等试验采用涂层石墨套和电 子计算机对熔铸工艺进行自动控制和检测，取得显效，穿孔合格率进一步提 高到 95%左右，管坯改用引进的 BTRD203 三线拉伸机，配以游动芯拉伸新 工艺，使冷变形量增大，铜管内外光洁度高，尺寸精确，产量和质量迅速提 高。规格主要是为 12.5 万、20 万和 30 万千瓦发电机组配套的直径 2511.5 毫米911.46 米长冷凝管。 为使产品质量创优和赶超国际水平，该厂又于 1983 年参照日、美、英、 德等国冷凝管标准，制订高于国标的沪 Q/YBn4100183 内控标准，组织生 产和验收。1984 年，上级有关部门对 701 冷凝管质量实测数据表明，与当 时进口同类产品相比，化学成份、机械性能、尺寸偏差、弯曲度、晶粒度、 内应力检验、涡流探伤等都达到国际水平。又据上海电站辅机厂、哈尔滨汽 轮机厂、四川东方汽轮机厂、北京重型机器厂以及黄台、下花园、坝桥、石 家庄等电厂反映，使用上海铜厂上字牌（1983 年注册）701 冷凝管，年泄 漏率 25 支/万支（国际先进标准为 16 支/万支），使用寿命一般可达 20 年左右，接近或达到国际先进水平。 1981 年，HSn701 冷凝管被评为冶金工业部优质产品，翌年评为上海 市优质产品。1983 年在全国同行业评比中获第一名，1985 年获国家优质产 品银质奖、上海市赶超优质产品奖。1990 年中国有色金属工业总公司复查得 优质产品奖，并确认续获国优银质奖。19561990 年，该厂共生产 701 冷 凝管 18387.14 吨，其中 19881989 年连续年产超千吨，1990 年达 1293.92 吨。 三、HA1701.5 管 60 年代，国民经济经过三年调整，电力工业迅速发展，要求供应适于内 陆淡水发电厂用的 HSn701 等冷凝管数量剧增。当时，限于工艺、设备等 生产手段，此类冷凝管产量不能满足需要。1966 年，上海铜厂为解决供需矛 盾，由“三结合”小组讨论确定尽快开发加工性能好、成品率高、成本低、 符合多快好省的冷凝管新品种。 技术员简沃忠、黄成志等，鉴于 HA1772 冷凝管能适应于海水的状况， 提出以铝代锡的设想，以铜 6971%，铝 1.31.8%为主成份，研制适合内 陆淡水地区火力发电机组使用的 HA1701.5 冷凝管。在中国科学院上海冶 金研究所和山东工学院协助下，该厂采用低频感应电炉熔炼、半连续浇铸和 穿孔、热挤压、拉伸、刨皮、退火、酸洗、拉伸、退火等工艺，当年生产出 一批 701.5 冷凝管。随即在吴泾、阜新、大连等电厂插管试用，运行结果 良好，半年后检查无腐蚀。同时，经本厂实验室静态、动态快速脱锌腐蚀试 验，抗蚀性能好于未加砷的 HSn701 冷凝管。于是正式投产。 1968 年，该厂承接将安装于上海市吴泾的国产第一台 12.5 万千瓦发电 机组配套的直径 2019070 毫米冷凝管任务。这台机组以 HA1701.5 冷 凝管生产供应。工艺技术问题不大，唯车间热处理电炉有效长度仅 8 米左右， 而铜管定尺长度却达 9.07 米，难以装炉退火。技术人员将铜管接触退火法 移植于铜管，机动部门仅用 7 天时间制造出一套接触退火装置。经鉴定，退 火后的铜管表面色泽光洁，机械性能均匀，胜于传统的电炉退火。如期完成 了这批任务。 1969 年该厂生产 701.5 冷凝管 158.33 吨。1970 年列入冶金工业部部 颁标准 YB71670。用户纷纷订货，先后为 5 万、12.5 万、30 万千瓦发电机 组配套。1975 年产量跃升到 1024.29 吨。成品率接近 50%，高于其他牌号冷 凝管。部属洛阳、沈阳等铜加工厂也相继生产。 但是，正当 701.5 冷凝管产销盛极一时之际，电厂使用现场反映好坏 悬殊。有些地区用得较好；有些地区发生严重腐蚀，造成早期泄漏。为此， 有关部门于 1973 年 7 月、12 月和 1977 年 4 月先后三次召开凝汽器铜管技术 交流会，作了专题研究。1977 年 6 月第一机械工业部电工局、水利电力部科 技司、冶金工业部有色金属司联合发文：“鉴于目前有些电厂陆续反映 HAl701.5 加砷铝黄铜管存在着严重腐蚀问题，为了保证大型汽轮机组运行 安全，三部同意（上海汽轮机厂）今年 3 台 30 万千瓦汽轮机组原订 HA170 1.5 加砷凝汽器铜管应尽最大努力修改订货合同，改用 HSn701 加砷或 H68 加砷黄铜管”，“上海铜厂已生产的 50 吨 HA1701.5 加砷黄铜管，改装在 另一电厂用的 30 万千瓦机组上”。从此，HA1701.5 冷凝管，鲜有敢问津 的。而事实上，安装于吴泾的国产第一台 12.5 万千瓦发电机组，历经 20 年 仍照常运行。似有失偏颇。 19671979 年，该厂共生产 HA1701.5 冷凝管 4687.43 吨。 四、HAl772 管 1956 年，上海鸿祥兴船厂为维修军舰需要黄铜管。上海铜厂从军舰上拆 下的来样旧管中，经过分析测得为含铝 2%左右的铝黄铜。陈思石工程师从外 国科技书籍中查得苏联 OCT 标准有 772 铝黄铜管的记载。与此同时，上 海船厂和青岛发电厂等也相继要求提供 772 铝黄铜管。于是，试制小组按 照获知的成份配料，用地坑坩埚炉熔炼，泥芯生铁模铸锭，经 250 吨水压机 挤压后在 3 吨拉伸机上拉制成管，再经酸洗、热处理退火，在国内率先试制 出 HA1772 铝黄铜管。它具有较高的导热性、良好的机械性能及耐腐蚀性， 被用于水质条件相对较差、以海水作为冷却水的滨海火力发电厂和船舰用作 热交换器冷凝管，还被制冷气机行业用作耐蚀高效散热器。经过努力，1960 年产量达到 150 吨，仍满足不了市场需求，产品质量也有待提高。 1963 年，国家科委下达提高冷凝管耐蚀性能的科研任务。该厂成立专题 科研小组，在综合考虑国家资源和防护措施后，确定进行添加微量砷的试验 研究。在熔炼生产中配入砷铜合金，当时，这种中间合金国内尚不生产。面 对砷这个剧毒品，瞿小林、瞿如龙和应德昌等冒着中毒的危险，口扎湿毛巾， 用高频电炉熔炼砷铜中间合金，继而又因陋就简地安装浇铸防毒密封箱，基 本上解决熔铸过程中的防毒问题。接着在山东工学院师生协助下，制成泡沫 吸尘设备，较好地控制了熔炼和半连续浇铸加砷 772 坯锭产生的尘毒，攻 克从试验转入大生产的难关。以后又通过对加砷的 43 个不同含量、1300 个 试样分析，确定含砷 0.030.06%为最佳点。经西安热工研究所测定含砷的 HA1772 冷凝管较不含砷的耐蚀性可提高三四倍。 由于 HAI772 铝黄铜管含有 2%的铝，加工比较困难，产量受到影响。 半连续铸造出来的直径 80、直径 70 毫米坯锭，在穿孔时常出现开裂，有时 高达 4060%。对此，攻关组跟班调查分析，从结晶、铸造温度、拉速和冷 却水等方面作了改进，得到较好的效果，穿孔开裂下降到 20%以下。但挤压 成的管坯，偏心和表面毛糙也较严重，且时有尾裂。后改用轧管机冷轧、衬 拉替代空拉，控制半制品和成品退火温度，改进润滑剂等措施，772 冷凝 管的质量逐步提高，产量稳定增长。 1981 年 4 月起，该厂采用涡流探伤仪对 772 冷凝管逐支探伤出厂，以 保证产品质量。该厂生产的 772 冷凝管，从 1962 年起的全国行业检查中， 实物均评为一类或优类。以后该厂还制订了高于国标 GB889088 的内控标 准，瞄准国际先进水平组织生产，以期有更高质量的产品供应市场。 该厂 772 冷凝管，19571990 年共计产量 7353.81 吨。 五、B10、BFe1011 管 1976 年初，上海铜厂应滨海电厂配套之需，由技术员曾四维和工人王阿 宝、燕云龙等，以镍 10%、铜 90%为主成分，采用低频感应电炉熔炼、水平 连续铸造直径 6581 毫米坯锭。然后由铜管车间加热穿孔，再以 400 吨水 压机挤成管坯，经拉伸、退火、酸洗等工序，试制成直径 251 毫米的 B10 冷凝管。后又在主成分中添加铁、锰各 1%，成为 BFe1011 管。其耐腐蚀 性能更好。 B10、BFe1011 冷凝管较各种黄铜冷凝管性能优异，但这两种合金熔 铸温控范围较狭，温度高了易吸氧形成气孔，低了又难拉铸，研究控制适当 的熔铸温度成为关键；而且合金性能既硬又韧，在穿孔机穿孔时穿孔针易断 裂，工模具消耗大，不安全。在两个多月里，只试制生产 4.86 吨。于是， 试制人员将连铸锡青铜空芯坯锭的经验移植到 B10、BFel011。几经试验， 于同年 6 月连铸空芯坯锭成功。从而减少一道穿孔工序，且可不产生穿孔头 子和穿孔废品，提高了成品率，总成品率稳定提高到 63%左右。产量迅速增 加，并节约模具钢和电力、煤气等消耗。当年产量达到 80.01 吨。首批产品 供浙江镇海电厂使用。 接着，该厂为进一步提高产量和质量，在严格执行熔铸工艺操作规程基 础上，认真控制挤压温度和轧制、拉伸加工量，增加半成品退火、酸洗工艺， 成品管经 W5630 曲线辊矫直机矫直。1979 年，该厂制订具有国内先进水平 的B10 白铜管企业标准Q/YB80079，此后，即按这个标准组织生产 和检验，并逐根经涡流探伤合格出厂。1988 年，由该厂起草的 GB889088 的包括 BFel011 白铜在内的热交换器用铜合金管国家标准批准颁布实施。 随着生产的发展，该厂熔铸车间进一步连铸直径 100 毫米 BFe1011 大规格空芯坯锭，生产出直径 2811094 毫米冷凝管，供应由世界银行贷 款的上海吴泾热电厂 30 万千瓦发电机组整台配套的需要。机组投产后，未 发现早期泄漏，运转情况良好，获得吴泾热电厂和世界银行的好评。 上海铜厂生产的 B10、BFe1011 冷凝管，规格不断扩大，可按用户 需要供应直径 106014 毫米不同长度的软、半硬状态的产品。 19761990 年，该厂共生产供应 B10、BFe1011 冷凝管 1029.75 吨。 六、B30、BFe3011 管 根据水电部制定的“冷凝器管选材标准”规定：凡海水系统含盐量在 1500ppm 以上，悬浮物在 1000 毫克/升，流速 3 米/秒的水质条件下需采用具 有高强度、高耐腐蚀性的 B30 管；在冷凝器的空抽区（约占 15%）亦需用 B30 管。由此，B30 管的需求量日益增多。 B30 因含 30%的镍，性能韧而硬，熔炼温度高，加工难度大。根据国内 外资料记载，生产铜镍合金管需用中频感应电炉、2000 吨以上挤压机及轧管 机等设备。上海铜厂为满足国家需要，从 1975 年开始，立足于已有设备进 行工艺试验，试制生产少量样品。1978 年、1979 年又分别承接上海石油化 工总厂、广州造船厂两批试制任务。 该厂采用 150 公斤中频感应电炉熔炼，铁模铸锭，经锻打、打孔，车光 成直径 6329250 毫米坯锭，400 吨水压机挤压、两次拉伸、退火、酸洗 的工艺。接着，把车床打孔改用 80 吨穿孔机穿孔，挤压，LD30 轧管机轧 制，退火、酸洗。两种工艺分别试制出直径 191.65000 毫米（Y 2）和直 径 12191.05000 毫米（Y 2）B30 白铜管 3.