冷凝器铜管材质.doc

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HSn701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HA1701.5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（Y2）和直径12191.05000毫米（Y2）B