热电厂凝汽器改造分析2011115

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：1100 m3冷却水温：25铜管材质：HSn70-1A铜管数量：1121根铜管规格：20×1×4000mm 汽侧设计压力：0.0049MPa水侧最大工作压力：0.

2、2MPa 2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。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。二、 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：材质状态抗拉 强度（Mpa）屈服 强度（Mpa）伸长率（%）弹性 模

3、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29514738108109<1502.21TP304退火5152053519313.8<2002.21TP316退火5152053519313.4<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 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；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

4、。（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，这当然要影响总体传热系数。但是，有缝不锈钢管的壁厚可以减薄以0.50.7mm，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=/（1）=100/1=100 Rc=/（

5、1）=13/0.5=26其中：Rc导热热阻，m2k/w 导热系数，W/(m.k) 管壁厚度，m 管材一定，不变时，根据公式（1），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：使用有缝不锈钢管或使用铜管，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

6、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=w/ Rw  (2)其中：Rw对流放热热阻，m2k/w w对流放热系数，w/ m2.k 根据公式（2）w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

7、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= m/ Rw （3）Rm管外壁的凝结放热热阻，m2k/w m管外壁的凝结放热系数，w/ m2.k根据公式（3），m越大、Rm越小。 （4）、总体传热系数：对流热阻、导热阻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大，使有缝不锈钢管的总体传热系数得到提高。 （5）、换热性能对照表管材规格（）材  质总体换热系数（W/.k）铜

8、管1HSn70-IA3682.413869有缝不锈钢管1AISI3043460.327347有缝不锈钢管0.7AISI3043760.628476有缝不锈钢管0.6AISI3043872.606729（6）、长远的经济性：随着运行时间的增长，铜管氧化层将越来越厚，传热效果会越来越差。而不锈钢基本不会氧化，或氧化速度很慢。因此，有缝不锈钢管的凝汽器与铜管的凝汽器如果同时投运，运行时间越长，有缝不锈钢管的凝汽器的经济性将会比铜管的凝汽器越来越更好。同时，铜管对冷却水中的杂物的吸附能力比有缝不锈钢管更强得多，大大降低了设备的经济性。 根据以上分析，不锈钢光管的总体传热系数应不差于铜管。如铜管再加上必

9、须镀膜造成的热阻，不锈钢管内由于光洁度高，长期使用不易结垢等因素，不锈钢光管在实际使用中的换热性能应优于铜管。3、价格对比 （1）铜管：如采用HSn70 1A铜管，需铜管9.24吨，按7.7万元/吨，需投资71万元，加上人工费5万元，总投资76万元（2011年*煤炭集团年初立项金额）； （2）TP304不锈钢光管：采用壁厚0.6mm不锈钢光管，投资8万元（合同为包工包料），加上废铜管：9.24×0.66(腐蚀、冲刷和磨损后减重约33%)×3.5=21.3万元，总投资为29.3万元。采用不锈钢管比铜管节省7629.3=46.7万元。 4、维护对比铜管安装后必须酸洗并镀膜，并且

10、每年还需进行补膜（每年补膜需费用5万元），补膜后的污水排放一直就是难题。不锈钢管不存在这些问题，只需胶球系统就能轻松清除不锈钢管污垢，大大减少维护费用。三、安全性能比较1、有缝不锈钢管与铜管的工程特性管材密度t/m3屈服强度MPa拉伸强度MPa热胀系数10-6导热系数w/mk海军铜管8.412033016100镍铜管8.91403901630有缝不锈钢管8280-350550-6591713从上表可以看出：有缝不锈钢管的屈服强度和抗拉强度都比铜管高，有缝不锈钢管的使用寿命必然要比铜管长，热胀系数比铜管低，与管板更接近，因此，不易因热胀冷缩面损伤了管子或影响胀口。 2、有缝不锈钢管与铜管的抗腐蚀

11、性能管材一般腐蚀冲击腐蚀点蚀（运行状态）适应氯离子高速冲击蒸汽热点腐蚀氨 蚀海军铜管224150322镍铜管345400545有缝不锈钢管564500666由上表可知：有缝不锈钢管与铜管相比具有的优点：抗冲蚀性能好，能抗蒸汽带水滴在高速中的冲击腐蚀；抗氨腐蚀性能好：耐水侧冲击腐蚀，实现无铜离子系统，且PH值可提高，以减少腐蚀产生率，可提高冷却水流速，达2.3m/s，最高可达3.5m/s，这样既可提高总体传热系数，又可减少管内杂质的沉积。四、效益评估 有缝不锈钢管的热传导系数比铜管低，但通过减小壁厚使它们的热传导系数的差值缩小，由于有缝不锈钢管内壁比铜管更光滑，对流换热系数比铜管高，有

12、缝不锈钢管外壁比铜管光滑，凝结放热系数比铜管高，根据2台机组的测试和计算，壁厚为0.6mm的有缝不锈钢管比壁厚为1mm的铜管的总体传热系数高2.124%左右；随着运行时间的增长，有缝不锈钢管的总体传热系数下降很缓慢，而铜管的总体传热系数下降速度比有缝不锈钢管大得多。同时，有缝不锈钢管比铜管更耐腐蚀，抗振性和耐磨性能好，使用寿命是铜管的三倍。从长远考虑，使用有缝不锈钢管整体上提高机组的经济性显而易见，同时也提高了机组的安全性。换热管的选用，不论是从性能上比较，还是从价格上比较，有缝不锈钢管其优越的经济性及安全性势必已绝对优势高于铜管；为了满足设备的经济安全运行，建议采用有缝不锈钢管。五、凝汽器换

13、管改造方案  1、更换冷凝管（20×1×4000mm有缝不锈钢管替代黄铜管）。  2、修正支撑板和管板。  3、凝汽器换管改造：在中修前准备好所有软硬件，仅更换凝汽器的管束及相关部分，凝汽器的壳体不动。4、选择有资质的、优秀的换管队伍，换管工艺成熟，质量高、速度快、一次打压和试运成功。施工期：6天完成施工。  5、凝汽器冷冷却水中的CL离子含量为15（<100mg/kg），不锈钢管选用材质：TP304。六、改造后使用效果 改造前参数表最高负荷（kW）真空（-kPa）排气温度ºC循环进水温度ºC循环出

14、水温度ºC凝汽温度ºC端差ºC温升ºC真空度%300096.635.619.628.035.27.68.394.0300095.339.121.132.338.86.711.292.7300096.137.519.731.237.46.311.493.5300096.836.118.730.036.06.011.394.1300097.534.017.928.434.05.610.594.5300095.538.820.432.538.86.312.193.1300095.140.121.533.940.06.212.392.3300094.740.72

15、2.634.740.65.912.192.3300094.841.022.435.041.06.012.592.1300096.237.620.231.937.65.711.693.5300095.838.220.732.538.25.711.793.1300095.338.621.533.038.65.611.593.1300095.039.721.233.739.86.012.595.0300094.641.021.834.840.96.212.992.0300095.239.821.734.039.85.812.292.4300094.740.422.134.540.45.812.492

16、.4300094.142.022.935.942.06.113.091.8300095.638.621.633.138.55.511.493.0300095.638.621.633.138.55.511.493.0300095.937.921.032.437.85.511.393.2300096.137.720.632.037.55.611.493.4300095.538.321.332.738.25.611.392.5300096.136.920.631.536.85.410.893.5300096.037.620.131.837.55.811.793.4300096.736.019.330

17、.435.95.511.194.1300095.936.920.631.536.95.410.993.4300095.538.521.833.038.45.411.292.9300094.640.522.734.640.45.811.992.0300095.538.521.032.738.45.911.593.1  改造后参数表最高负荷（kW）真空（-kPa）排气温度ºC循环进水温度ºC循环出水温度ºC凝汽温度ºC端差ºC温升ºC真空度%300094.337.423.534.338.33.110.795.8300093.53

18、8.725.235.739.53.010.492.8300093.339.025.136.139.92.911.092.7300093.238.524.635.639.32.811.092.6300094.435.822.832.536.83.39.693.8300094.735.522.732.336.43.29.594.0300093.838.024.934.938.83.010.093.1300093.738.925.636.139.82.810.493.0300094.837.123.333.737.93.310.493.9300092.741.126.138.342.02.812.1

19、92.5300094.238.424.135.339.23.011.293.1300094.936.423.733.137.23.29.493.7300094.038.024.635.038.82.910.493.8300093.538.625.135.539.43.110.393.4300093.238.325.035.239.13.110.193.0300093.038.725.635.639.53.010.092.8300093.538.025.134.938.83.19.793.3300094.038.323.535.439.32.911.993.4300093.338.725.435

20、.539.53.210.093.1300092.939.427.236.738.82.79.592.7300092.041.127.938.337.02.810.391.8300091.242.228.939.343.02.810.391.1300092.140.127.736.840.93.29.191.9300093.537.826.734.538.63.37.893.3300093.538.126.934.838.93.37.993.3300092.739.527.836.440.43.08.692.5300092.640.428.037.441.22.99.492.5300093.339.227.436.040.03.18.693.1300093.140.027.137.040.93.09.892.9300093.039.626.536.440.43.29.892.8300093.438.625.535.539.23.010.093.1 从以上工况对比得出，改造后传热端差降低3左右，传热效果大大提高。 七、节煤效益 用不锈钢光管改造前后对比：根据实际运行参数，改造后凝汽器传热端差下降3左右,每年可节约原煤8万