#6机组凝结器铜管改造

刘红霞，刘国明

山东华鲁恒升化工股份有限公司生产处，山东德州 253024

#6机组凝结器铜管改造

刘红霞，刘国明

山东华鲁恒升化工股份有限公司生产处，山东德州 253024

凝结器中的铜管改造，拟采用不锈钢管置换之，不仅消除了凝结器的安全隐患，各项经济技术指标均有良好表现。

不锈钢扰流换热管；凝结器；真空

1 概述

1.1 设备概况

我厂#6机组凝结器型号N-1000-Ⅲ，设计参数为：

冷却面积：1 000m2冷却水量：2 670t/h

冷却水温：20℃ 最高33℃

铜管材质：HSn70-1 铜管数量：3 539 根

铜管规格：Φ20×1×4560mm

该机1991年投产运行至今已近18年，由于老系统循环水CL含量为200mg/L以下，管壁长期腐蚀已不足0.7mm。管口胀口出现大面积泄漏，历次检修对泄漏的铜管已经更换了300多根，现在仍然封堵了130多根，剩余铜管约有1/5管内堵有沙石等硬颗粒，无法疏通。目前该机真空在存凝工况下仅为0.082～0.087MPa，供热期结束该机将无法运行，且有可能在短时间内继续泄漏，从而影响机组真空，造成机组停运。

1.2 铜管改造

从技术、经济、安全、高效的角度出发，凝结器中的铜管已经成为影响其功能的“瓶颈”，且存在着安全隐患。我们拟采用不锈钢扰流换热管置换凝结器中的铜管，达到了预期的效果和优良的经济技术指标。

1.2.1 不锈钢管与铜管的比对

机械、化学性能对比：

自不锈钢薄壁管国产化以后，不锈钢管在国内凝结器上的使用就有了逐步推广的趋势，因此淡水地区对凝结器的换管就有了铜管和不锈钢管两种选择。根据《火力发电厂凝结器管选材导则》对比两种管材的性能如下：

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硬度都高于铜管，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。换热管的腐蚀主要是因为积垢而产生的垢下腐蚀，扰流管的抗污垢特性使得垢下腐蚀减轻或不复存在，加之不锈钢材料具有良好的抗腐蚀性能和耐冲蚀能力，因而抗蚀能力大大提升。

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结器管子振动的主要原因，由于不锈钢管的刚度大于铜管，而不锈钢扰流管的刚度又大于同规格的光管，因此其相对抗振性优于铜管。污垢的沉着与管壁附面层有关，不锈钢扰流管的三维扰流结构彻底破坏了附面层，因而污垢不易附着。此外不锈钢扰流管的网状扰流结构使附着的污垢呈离散的鳞片状分布，在热胀差和水流的冲击下很容易脱落，具有自洁作用。

4）不锈钢管的延展性好，胀管性能非常好，由于不锈钢的弹性模量比黄铜大很多，因此胀管后的贴胀力比铜管高很多倍，密封性比黄铜管好得多。

1.2.2 传热性能比对

铜管的导热率是不锈钢管的8～9倍，若不锈钢光管与铜管比较，铜管的传热性能无疑是优于不锈钢管的，但不锈钢管的总体传热系数比铜管的效果要好。

凝汽器的传热量Q=KF△T式中K-传热系数[w/（m2.k）]；F为传热面积（m2），△T为冷热液体的平均温差（k）。欲增加传热量，必须增加传热系数、传热面积和增大平均温差3种方法来实现。增大传热面积对于现有的凝结器是不大可行的，增大平均传热温差会降低系统效率并增加水泵的功耗，同时也受到环境条件的限制，因此增加传热系数是最为实现的可行方法。

虽然铜管的导热系数高，铜管壁厚为1mm，而不锈钢管壁厚为0.7mm，通流面积整体增加30m2。同时不锈钢管的强度和硬度比铜管高，抗震能力强，不锈钢管可以耐腐蚀和冲蚀，允许流速可达3m/s以上，因此对流放热系数K得以增大以逆补导热系数低的弱点。同时通过不锈钢减薄管子壁厚，加大管内流速，其换热效果可以超过铜管。

根据以上分析，不锈钢的总体传热系数应不差于铜管，不锈钢管的内壁由于清洁系数高于铜管，长期使用不易结垢等因素，不锈钢管在实际使用中的换热性能优于铜管。

1.3 不锈钢光管和不锈钢扰流管比对

1）不锈钢光管直接替换原有铜管，由于壁厚减薄会导致凝结器冷却水侧通流面积发生变化，为达到原有的换热效果，拟补不锈钢本身导热系数低的弱点，必须提高循环冷却水流速，提高流速意味着增加循环水泵的流量，增加循环水泵的耗功10%。有可能产生凝结器改造带来的煤耗降低不足以抵消循环水泵的耗功增加，使用寿命降低。

不锈钢扰流管具有较大的灵活性，多向扰流强化换热系数较光管高12%，替换后不用担心换热面积不够的问题，多向扰流强化换热管的流动阻力可以通过设计进行优化调整，以保证换管后的流动阻力与原来保持一致，不必增加泵的耗功。

2）由于该机凝结器设计冷却面积的余量不足，小于采用光管换管条件的15%，换管后冷却效果要比更换新铜管相比差7%左右。

3）扰流管和光管的结垢方面：扰流管结垢情况比光管要轻，主要因为：（1）由于多向扰流强化换热管高效换热特性能有效地降低汽轮机的排汽温度，因此冷凝管壁温也相应降低，冷凝管结垢最可怕的是碳酸钙垢，而碳酸钙的溶解度是随温度的降低而升高的，因此冷凝管壁温度的降低能有效地防止碳酸钙垢的沉积；（2）凸筋引起的紊流破坏了静止的附面层，因而污垢难于附着；（3）即使有污垢附着，凸筋使污垢呈离散的鳞片状，由于污垢与不锈钢的胀差巨大而引起剥离，在水流的冲击下自行脱落。凝汽器积垢最多的是凝汽器的盖板、管板等水速近乎静止的地方；而最不易积垢的地方就是管子的入口处，由于入口效应使得水流湍急，不存在静止的附面层，因此污垢难于附着。多向扰流强化换热管交叉的凸筋能在管子的中部形成类似的入口效应，彻底破坏管壁静止的附面层，因此结垢情况比光管还轻。

不锈钢扰流管借助凝汽器循环冷却水的冲蚀机理对污垢产生清除作用，水流流速越高冲蚀作用越强；不锈钢多向扰流强化换热管通过管壁的左右螺旋交叉形成的菱形花纹对污垢形成鳞片状分割，从交叉点产生冲蚀，使得污垢在水流作用下自动清除，污垢热阻大大减小。

4）自洁作用：不锈钢多向扰流强化换热管通过管壁的左右螺旋交叉形成的菱形花纹对污垢形成鳞片状分割，从交叉点产生冲蚀，使得污垢在水流作用下自动清除。采用铜合金管、不锈钢光管的凝汽器往往每半年清洗一次才能保证一定的传热效率，而采用不锈钢多向扰流强化换热管的凝汽器，据我们电话咨询，在武汉祥龙电业公司热电厂创造了投运至今22个月的免清洗记录。

5）胶球清洗设备；更换不锈钢扰流管，因为其管道内部的突筋，内径刚好能够达到原铜管的内径，因此不锈钢扰流管适应原有的胶球清洗设备。

2 改造方案

1）更换原铜管3539根为TP316L型不锈钢扰流换热管；更换不锈钢管规格￠20*0.7*4562mm；

2）凝结器整体结构不变，采用原来的管板及隔板，凝结器与其他设备的接口不动，切断循环冷却水管、拆除原凝结器冷却水进出口水室改版和辅助设备；

3）拆除旧的冷却管，并做支撑、加固、固定；

4）清理管口及管板氧化层，将不锈钢管两端打磨光滑，清洁无污垢，

5）安装新的不锈钢扰流换热管，经试胀、正式胀接；胀口无过胀和欠胀；

6）凝结器安装完毕，灌水高出最高管子100mm以上，试验24小时无泄漏。

3 改造完成投运后达到的效果：

2009年3月30日～4月8日经改造完成投运后，该除氧器真空达到0.094MPa，机组汽耗由原来的4.5kg/kwh变为4.0kg/kwh保证了夏季工况机组能够安全、经济、稳定满负荷运行，改造效果非常好。

#6机组凝结器改造前后对比（查3月23日、4月9日运行记录表）：

改造前 改造后循环水入口水温℃ 23 27循环水出口水温℃ 38 39凝结器过冷℃ 7 2℃～5℃凝结器端差℃ 17 5凝结器真空℃ 0.082～0.087 0.092～0.094机组负荷℃ 10500 12000汽耗kg/kwh 4.57 4.08

以上对比可以看出：

1）凝结器端差降低12℃，凝结器换热效果提高12℃；

2）凝结器过冷提高2℃～5℃，影响标煤耗3%～5%；

3）凝结器真空提高0.005～0.010MPa，机组汽耗降低了0.48kg/kwh；

#6机组全年发电按7 000小时计算，降低汽耗＝0.48×7000×12000＝40320t3.82MPa蒸汽；按160元/t计算=40320×160=645.12万元。

4 结论

目前该机组凝结器改造完成正常运行7个月，机组真空即使在夏季最恶劣运行工况下，机组真空一直在-0.090MPa下运行。

采用不锈钢扰流换热管更换原铜管解决铜管腐蚀问题、并彻底杜绝管端泄漏；延长管子的使用寿命、改善凝结器的性能，避免结垢、提高凝结器的真空，降低机组汽耗、保证夏季恶劣工况机组能够安全、经济并满负荷运行。

TM621

A

1674-6708（2010）22-0134-02