不銹鋼管冷凝器材料選擇及應用研究

  汽輪機凝汽器長期在劣質循環(huán)水運行，逐漸出現(xiàn)銅管泄漏現(xiàn)象,影響凝結水質，對設備管道產(chǎn)生腐蝕,影響設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。既提高了設備的完善程度,又延長了設備運行周期，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%腐蝕較嚴重的銅管，但當機組運行到2003年時也開始頻繁出現(xiàn)泄漏。冷凝器問題嚴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)水的水質相當惡劣。

  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,目前我國關于凝汽器管材選型最新的標準是原水電部1999年發(fā)布的《火力發(fā)電廠凝汽器管材導則》,其內容如表。

  從表可以看出，該水質極為惡劣，屬強烈腐蝕型水質。按照我國的冷凝器管材選型導則，無論是一期機組還是二期機組，銅管的材質都不符合導則的要求。從抽管檢查的情況看，銅管內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)水質的惡劣和銅管的材質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,使用適合當前水質的管材。

   需要指出的是，H68黃銅能在這樣的水質中運行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)電廠凝汽器管材導則》,另外一個是美國關于冷凝器不銹鋼管的選型標準,其內容如表。

  根據(jù)以上表兩個導則可以看出,比較適合當前水質的材質集中在兩種材料上: 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,對目前我國所應用的銅管進行的統(tǒng)計結果是,銅管的平均使用壽命是10年左右,我廠的應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,因而可造成銅管的腐蝕,采用T317型不銹鋼可避免該腐蝕。

 b. 從一些學術資料上可以了解到,盡管水電部的《火力發(fā)電廠凝汽器管材導則》上推薦采用HA177—2型鋁黃銅,但在很多電廠的實際應用中，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)水質不穩(wěn)定,時常出現(xiàn)雜質含量較高的情況,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. 銅管在應用中對運行維護有較高的要求,比如在運行初期要進行預膜處理,定期投加銅緩蝕劑,不能使用硬質膠球等。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，但考慮到目前國內尚無應用TP317L不銹鋼冷凝器的先例,另外國內外也確定存在因不銹鋼管選材不當，而導致凝汽器在數(shù)月之內報廢的案例,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，嚴密。與管板結合緊密。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多,在進入水塔前,必須進行適當?shù)念A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。