不銹鋼管冷凝器材料選擇及應(yīng)用研究

  汽輪機凝汽器長期在劣質(zhì)循環(huán)水運行，逐漸出現(xiàn)銅管泄漏現(xiàn)象,影響凝結(jié)水質(zhì)，對設(shè)備管道產(chǎn)生腐蝕,影響設(shè)備的安全運行及使用壽命。通過對汽輪機凝汽器改造，將磨損銹蝕嚴(yán)重的銅管改造為耐磨，抗腐蝕能力強的不銹鋼管。此項技改成功。既提高了設(shè)備的完善程度,又延長了設(shè)備運行周期，使汽輪機運行安全性經(jīng)濟性得到極大提高。

一、背景介紹

  泰安華豐頂峰熱電有限公司為坑口共有三臺汽輪機組，一期工程為兩臺6MW汽輪機組,冷凝器管材為H68黃銅，于1995年10月份投產(chǎn)發(fā)電;二期工程為一臺25MW舊汽輪機組，2002年5月份投產(chǎn)發(fā)電,此前已運行時間約8年，閑置時間18年，冷凝器管材為HAI77-2鋁黃銅，循環(huán)水水源為礦井水。自2002年以來,一期的兩臺冷凝器開始出現(xiàn)泄漏，每年因此被迫停機處理的次數(shù)越來越多。二期機組在安裝時曾更換過大約10%腐蝕較嚴(yán)重的銅管，但當(dāng)機組運行到2003年時也開始頻繁出現(xiàn)泄漏。冷凝器問題嚴(yán)重影響了電廠的安全經(jīng)濟運行。為此,必須分析原因,制定解決方案。

二、原因分析

  根據(jù)有關(guān)資料介紹，在選材合理和采取一般維護措施的情況下，冷凝器管的壽命應(yīng)能運行15-20年。對我國部分機組的不完全統(tǒng)計，冷凝器管的實際應(yīng)用壽命在10-15年之間的較多。而本公司的三臺冷凝器的實際壽命為10年左右，原因在于循環(huán)水的水質(zhì)相當(dāng)惡劣。

  泰安華豐頂峰熱電有限公司循環(huán)水補充水源為礦井水，正常運行時濃縮為1.8-2.2之間，循環(huán)水水質(zhì)情況及運行參數(shù)見表。

  凝汽器管材的選型,主要考慮管材的耐腐蝕性,目前我國關(guān)于凝汽器管材選型最新的標(biāo)準(zhǔn)是原水電部1999年發(fā)布的《火力發(fā)電廠凝汽器管材導(dǎo)則》,其內(nèi)容如表。

  從表可以看出，該水質(zhì)極為惡劣，屬強烈腐蝕型水質(zhì)。按照我國的冷凝器管材選型導(dǎo)則，無論是一期機組還是二期機組，銅管的材質(zhì)都不符合導(dǎo)則的要求。從抽管檢查的情況看，銅管內(nèi)壁有較普遍的藍綠色銅銹，在局部發(fā)生點蝕穿孔。由以上分析可以看出，循環(huán)水質(zhì)的惡劣和銅管的材質(zhì)檔次低是造成腐蝕泄漏的原因。要從根本上解決問題,只有進行換管改造,使用適合當(dāng)前水質(zhì)的管材。

   需要指出的是，H68黃銅能在這樣的水質(zhì)中運行8年之久已經(jīng)是比較成功的，這得力于循環(huán)水中投加的水質(zhì)穩(wěn)定劑起到了良好的緩蝕作用。

三、改造方案的確定

1. 材質(zhì)的確定

  本次改造參考的管材選擇依據(jù)一個是原水電部1999年發(fā)布的《火力發(fā)電廠凝汽器管材導(dǎo)則》,另外一個是美國關(guān)于冷凝器不銹鋼管的選型標(biāo)準(zhǔn),其內(nèi)容如表。

  根據(jù)以上表兩個導(dǎo)則可以看出,比較適合當(dāng)前水質(zhì)的材質(zhì)集中在兩種材料上: 一是HA177—2型鋁黃銅，二是TP317L不銹鋼。對比分析兩種材料,最后決定采用TP317L不銹鋼,其理由是與鋁黃銅相比,不銹鋼具有以下優(yōu)點:

  a. 兩者的使用壽命比較，有資料證明,對目前我國所應(yīng)用的銅管進行的統(tǒng)計結(jié)果是,銅管的平均使用壽命是10年左右,我廠的應(yīng)用情況是在加入銅緩蝕劑的情況下到目前為止運行了8年。而不銹鋼如果選型合適可以在不進行任何緩蝕劑處理的情況下使用20年以上;我廠的給水是采用加氨處理的,銅和氨可以發(fā)生反應(yīng),因而可造成銅管的腐蝕,采用T317型不銹鋼可避免該腐蝕。

 b. 從一些學(xué)術(shù)資料上可以了解到,盡管水電部的《火力發(fā)電廠凝汽器管材導(dǎo)則》上推薦采用HA177—2型鋁黃銅,但在很多電廠的實際應(yīng)用中，HA177—2型鋁黃銅還是出現(xiàn)了問題,主要是沖擊腐蝕和點蝕的問題。我廠循環(huán)水質(zhì)不穩(wěn)定,時常出現(xiàn)雜質(zhì)含量較高的情況,水流速度又比較高,存在潛在的沖擊腐蝕危險。關(guān)于點蝕的問題,我們3#機凝汽器中的舊銅管為HA177—2型鋁黃銅管,發(fā)現(xiàn)已有很多根出現(xiàn)了不同程度的點蝕,這和有的資料上所介紹的情況很吻合。

 c. 銅管在應(yīng)用中對運行維護有較高的要求,比如在運行初期要進行預(yù)膜處理,定期投加銅緩蝕劑,不能使用硬質(zhì)膠球等。而不銹鋼不存在這些問題,它的硬度較大,表面象鏡面一樣光滑,因此不易于附著垢類,若再配合運行膠球,能夠把真空維護的更好。

 d. 最新的資料顯示,不銹鋼管具有著更好的性能價格比,所以目前不銹鋼凝汽器的應(yīng)用愈來愈普遍,在美國不銹鋼凝汽器已占到凝汽器總數(shù)的42%。目前我國新建的電廠凝汽器用不銹鋼的也愈來愈多。

 2. 管壁的厚度確定

   由于TP317L不銹鋼管板材目前尚需進口，價格較貴，因此在確定管壁的厚度時應(yīng)堅持在滿足要求的情況下盡量選用薄壁的原則。不銹鋼管壁的厚度可以做到0.7mm甚至是0.5mm,但當(dāng)管壁的厚度低于0.7mm時,在舊管板上脹接安裝時存在較大的風(fēng)險,因此綜合考慮選擇0.7mm的壁厚是合適的。

 3.不銹鋼管存在的缺點

   1. 不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)要低6%左右，但由于不銹鋼管的厚度僅為0.7mm，而銅管厚度為1.0mm，因在實際運行中看不出兩者之間導(dǎo)熱存在差異。

   2. 不銹鋼和銅管相比，工程造價較高。特別是本項目選用的TP317L不銹鋼是進口產(chǎn)品，若單從鋼材的單價上看，是較好銅管的1.5倍左右，但由于不銹鋼管的厚度僅為0.7mm，故整個工程造價只比采用1.0mm銅管來改造高出20%-30%左右。

四、改造的實施

   盡管從以上論證來看，采用不銹鋼改造有很多的優(yōu)點，但考慮到目前國內(nèi)尚無應(yīng)用TP317L不銹鋼冷凝器的先例,另外國內(nèi)外也確定存在因不銹鋼管選材不當(dāng)，而導(dǎo)致凝汽器在數(shù)月之內(nèi)報廢的案例,因此本項目在實施過程中采取了慎重的態(tài)度,確定先在一臺小冷凝器上進行試驗,試驗可行后再全面實施。第一臺改造的是2#冷凝器,2003年11月底改造完成,同時對膠球清洗系統(tǒng)進行了改造,在冷凝器投入使用后膠球清洗也正常每周投用一次。改造后的冷凝器運行真空效果良好,三個月后打開冷凝器手孔檢查,發(fā)現(xiàn)鋼管和新安裝時一樣光潔。改造取得階段性成功,決定繼續(xù)在另一臺小冷凝器上進行改造。2004年3月份1#冷凝器改造完成。2004年5月底對兩臺改造過的冷凝器進行檢查,鋼管沒有變化,改造效果令人滿意。2004年6月份3#冷凝器改造完成。

五、運行效果

   改造完成四年多的時間證明改造十分成功。從外觀看,凝汽器鋼管光潔，脹口均勻，嚴(yán)密。與管板結(jié)合緊密。同比改造前,換熱效果顯著提高。真空得到改善,特別是度過夏季三個月時三臺機真空都在92kpa以上。

六、運行管理中的注意事項

1. 膠球清洗系統(tǒng)的投用

   一星期至少兩次運行膠球清洗,使得凝汽器鋼管清潔度得到長期保持,保證收球率在95%以上,提高了凝汽器換熱效果。

2. 努力降低循環(huán)水中懸浮物

  礦井水的特點是懸浮雜質(zhì)多,在進入水塔前,必須進行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理,比如沉淀,混凝處理,石英砂過濾等措施。本廠采用的措施是無閥濾池過濾,效果良好。

3. 合理使用水質(zhì)穩(wěn)定劑

  主要包括緩蝕阻垢劑和殺菌劑。定期向循環(huán)水池添加殺菌劑,殺滅水中的微生物和菌類,利于保持較好的循環(huán)水水質(zhì)。