超薄壁不銹鋼焊管

在電廠凝汽器中的應用

凝汽器是汽輪發電機組的重要輔助設備之一，凝汽器的運行直接影響機組的運行。 冷凝器一般由頸部、殼體、水室、管束、管板、支撐桿、隔汽板、空冷區、熱井等組成，是決定和影響冷凝器負荷和熱效率指標的關鍵設備汽輪機。 它關系到真空度和傳熱效率，其主要傳熱部件——換熱管是冷凝器中最重要的部件。 換熱管的選用對冷凝器的性能影響很大，是冷凝器設計的關鍵，對整機能效有重要影響，對安全運行具有重要意義整個發電廠。 近年來，由于環境的破壞和惡化，冷卻水水質越來越差，循環水中懸浮物、氯離子、硫離子不斷增加，對冷凝器冷卻要求管道變得越來越高。 不銹鋼管 超薄壁不銹鋼焊接鋼管的用量不斷增加，但因其壁厚較薄（0.3-0.7mm），使用受到限制。 隨著裝備向輕量化、高能效方向發展，以及焊接技術和檢測手段的不斷成熟，超薄壁不銹鋼焊接鋼管的用途將越來越廣泛。

1 凝汽器管道在電廠中的使用概述

冷凝器換熱管的選用主要考慮其優良的傳熱性能，良好的耐腐蝕、耐沖刷和耐磨性，良好的強度和剛性，經濟和加工性好。 表現。

國內冷凝器換熱管材料主要有銅合金管、奧氏體不銹鋼管、鐵素體不銹鋼管、鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼管、鈦及鈦合金管，其中銅合金管主要包括黃銅管（H68、H68A )、錫黃銅管(HSn70-1A)、鋁黃銅管(HAl77-2A)、鎳白銅管(BFe10、BFe30)等，不銹鋼管主要有奧氏體不銹鋼管TP304、鐵素體不銹鋼管。 TP439等，以及鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼管2205、2507等，鈦及鈦合金管主要有TA1、TA2、TA10等，以TA2居多。 不同材料的換熱管由于自身的特點和成本因素，其應用范圍和工作條件也不同。 表1列出了不同材質管子的優缺點，可以作為冷凝器管材選擇的參考。

表1 不同材質管道的優缺點分析

近海電廠凝汽器一般采用黃銅管、白銅管等不同型號的銅合金管。 其中，白銅管為Cu-Ni合金，其耐蝕性優于黃銅。 鎳的熱力學穩定性與黃銅相當。 Cu接近于Cu，實際綜合抗腐蝕性能強于Cu。 鎳在水或空氣中會在表面生成一層納米級的表面膜，致密、穩定、具有自愈性，因此白銅管可用于高鹽水（或海水）和稀酸堿介質中不易腐蝕，但一旦銅管表面有附著物，就會缺氧，產生點蝕。 點蝕是自催化的、潛伏的，危害會很大。 近海區域海水入侵、腐蝕、污垢等原因會導致凝汽器管道嚴重堵塞和頻繁泄漏，對機組安全經濟運行產生較大影響。

表2 冷凝器常用不銹鋼焊管適用水質

銅合金管在靜止液體介質中的腐蝕主要是點蝕，而在流動介質中則發生沖蝕腐蝕。 物質在流動介質中的傳輸速率增大，腐蝕界面的擴散距離減小，對保護白銅表面的腐蝕產物的沖刷作用具有破壞性，使沖蝕腐蝕速率遠大于靜態條件下的腐蝕速率。 當凝汽器停機不放水時，硫酸鹽厭氧菌因缺氧發生厭氧分解，產生S2-，形成嚴重的點腐蝕。 同時，缺氧不利于保護膜的修復，使點蝕更加嚴重，同時可以推斷，當B30管表面已經不干凈或有腐蝕坑，循環冷卻水系統在正常運行時會繼續并加劇點腐蝕。 由于銅合金管道抗水污染能力弱，使用維護工作量大，其應用市場主要局限于內陸地區的清潔水域。 近年來，大多采用不銹鋼焊管。 在不同的水質條件下，所使用的不銹鋼材料也不同。 表2列出了冷凝器常用的不銹鋼焊管的水質。 圖 1 顯示了不銹鋼在不同氯化物中的標準等級。 在高濃度氧飽和水中存在點蝕和縫隙腐蝕的風險。 鈦及鈦合金焊管用于要求比較高的地區和環境惡劣的地區。

圖1 標準級不銹鋼在不同氯化物濃度下的氧飽和度

以及在水中發生點蝕和縫隙腐蝕的風險

近年來不銹鋼換熱管功率，在內陸地區，由于許多水體受到污染或節水原因，電廠循環冷卻水的濃縮比大大提高，許多電廠換熱器冷卻水水質出現問題。變得越來越糟。 冷凝器等對換熱管的耐腐蝕性也提出了更高的要求。 由于不銹鋼管比銅合金管具有更好的抗水污染和侵蝕能力，從單位長度的價格比可以看出，與銅鎳合金管相比，不銹鋼管具有價格優勢和明顯的競爭優勢。

2 超薄壁不銹鋼焊管在冷凝器中的應用

隨著薄壁軋制焊管技術的研發和成熟，焊接不銹鋼管在國內冷凝器中得到廣泛應用。 近年來不銹鋼換熱管功率，焊接不銹鋼管在國內外新建電廠凝汽器和老電廠凝汽器改造中大量使用，取得了成功的經驗和良好的效果。

2015年，佛山利亞洛基管業有限公司簽訂了價值80億歐元（合560億元人民幣）的高效燃氣電廠和風電項目合同，將增加埃及的發電能力在現有裝機容量基礎上增加50%以上。 根據項目計劃，2017年夏季前4.4GW并網，14.4GW總功率將在融資完成并收到預付款后38個月內全面并網。 項目建成后，三座電站將成為全球發電量最大的電站。 本項目四臺冷凝器的管道均采用壁厚0.4mm的超薄壁不銹鋼焊管。 完成管道及水壓試驗，是世界上第一家在電廠大批量使用0.4mm超薄壁不銹鋼焊管的企業。 根據項目的實際運行情況，未來大部分企業會考慮和借鑒西門子的成功經驗，在冷凝器中使用超薄壁不銹鋼焊管。

由于不銹鋼焊管具有良好的耐沖蝕性，可以承受蒸汽與高速水滴的沖擊和碰撞，而銅合金管在水流的沖擊下會被破壞，局部保護膜會失去其耐腐蝕性。 和硫污染，因此，銅合金會很快腐蝕和穿孔，而不銹鋼管由于其自身的特性，可以有效地避免沖擊腐蝕和硫化物腐蝕。

超薄壁不銹鋼焊管可大量用于電廠凝汽器的主要優點有以下幾點。

1）傳熱性能

不銹鋼焊管是以冷軋不銹鋼帶材為原料，經成型、焊接、熱處理制成的高光焊管。 其表面潤滑性低，不形成水膜，具有穩定的傳熱能力。 隨著技術的快速發展，焊縫的質量和強度得到了技術的保證。 通過減小管道壁厚，可以進一步改善和增強蒸汽與管道外壁的換熱效果。 由于管道內污垢層的熱膨脹系數與不銹鋼有很大的不同，加熱時會因直線曲率的不等變化而自動脫落。 因此，不銹鋼焊管具有很強的抗污能力。 雖然銅合金管的導熱系數比不銹鋼管高很多，但不銹鋼焊接管壁光潔度好，清潔度好，清潔系數高，氧化皮厚度小，管內流量大。 合金管大致相當，提高了凝汽器的運行效率，增加了運行效益。

2）管束振動

冷凝器采用超薄壁不銹鋼焊管，需要考慮設備振動和水沖擊對管道強度和安全性的影響。 采用超薄壁不銹鋼焊管替代銅合金管。 由于管壁變薄，比重降低，在設計冷凝器設備時必須考慮管道的最大跨度值，以防止蒸汽流量對管束的影響。 . 管束的最大跨度值根據美國HEI標準防止汽流激振的經驗公式確定。 采用超薄壁不銹鋼焊管，可以縮小隔板間距，適當增加隔板數量，保證冷凝器管束不受振動損壞，避免設備運行風險。

3）耐腐蝕

在流動的介質環境中，白銅管對流量的增加最敏感，容易發生沖擊腐蝕，而不銹鋼由于有鈍化膜，對沖擊腐蝕的敏感性很低。 但在含有大量砂石等雜質的流動介質中，不銹鋼的鈍化膜容易因沖擊破壞而被腐蝕，但其耐腐蝕性仍強于白銅，可有效降低冷凝器腐蝕泄漏造成的經濟損失。 根據瑞陽電廠的運行經驗，采用銅合金管運行時，單臺機組凝汽器腐蝕泄漏每年造成的經濟損失超過400萬元，是較大的經濟損失。

4）顯著經濟

在傳統電廠的凝汽器設備中，常用銅合金管作為換熱管。 但與不銹鋼管相比，銅合金管由于腐蝕問題，壁厚比不銹鋼焊管厚。 單位成本是銅合金管的一倍以上，除了銅合金管傳熱效率高外基本沒有其他優點，而不銹鋼管的耐腐蝕性比銅管高很多合金管，使壁厚可以更薄，在一定程度上可以彌補不銹鋼管的傳熱效率。 因此，超薄壁不銹鋼焊管的單位成本更低，整機使用壽命更長，設備故障率更低，成本節約更為顯著。

3 超薄壁不銹鋼焊管的應用趨勢

凝汽器是發電廠的重要輔助設備。 以某330MW機組凝汽器為例，其管束由約2萬根冷卻管組成。 隨著用電需求和節能降耗政策的要求，為加大節能降耗力度，國內外發電企業普遍對老式汽輪機進行現代化改造，特別是對與冷端系統密切相關的冷凝器和冷卻塔。 、膠球清洗、循環水泵等設備改造可降低汽輪機排汽壓力，提高機組真空度，提高產量，提高機組功率而不耗煤，潛力巨大節能。 在管子損壞嚴重的情況下，保持冷凝器面積不變，外殼不變，直接用超薄壁不銹鋼焊管代替銅合金管。 由于不銹鋼管具有優良的耐腐蝕性和耐磨性，對冷凝器進行改造后，效果顯著，應用趨勢將越來越廣泛。

不銹鋼管本身的高耐腐蝕、耐磨性能，減少了堵管和換管次數，縮短了機組的停機時間。 降低系統腐蝕速率，減少電化學防腐處理設備，降低設備成本。 在冷卻面積相同的情況下，超薄壁不銹鋼焊管的優越性越來越明顯。 許多電廠已經開始直接使用不銹鋼管和超薄壁不銹鋼焊管冷凝器。

未來，在使用淡水、苦咸水、海水，包括城市污水作為循環水的電廠中，將會有更多的冷凝器采用超薄壁不銹鋼焊管，超薄壁焊管的使用冷凝器用不銹鋼焊管具有廣闊的前景。 （謝毅、李昌義）