山东某电厂冷凝器铜管换不锈钢管改造方案
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发布日期：2023-11-25
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凝汽器铜管因产品本身的质量问题和可能的安装缺陷，导致凝汽器铜管运行不足半年就出现循环水泄漏严重、凝结水水质恶化的现象。经检查发现，凝汽器黄铜管内壁有点蚀穿孔，内壁有较普遍的蓝绿色附着物，其腐蚀特点是附着物下产生强烈的局部腐蚀及脱锌，据统计泄漏的铜管已达500余根，无规则分布在A. B侧进水侧和出水侧区域，并且有继续蔓延之势。
对凝汽器铜管进行抽检探伤，共检测铜管1291根，达到凝汽器铜管总数12904根的10%，其中不合格根数为192根，占抽检铜管总数的14.87%，超过抽检铜管总数的10%以上，表明该凝汽器已不能满足机组的安全和经济运行的要求。
为保证机组的安全运行，经过电厂和山东电力研究院的专业技术人员的全面考察、分析、论证，通过了对凝汽器铜管更换不锈钢管的改造方案。该设备目前改造已经完成，运行情况良好，试验结果也验证了改造方案的正确性。
一、改造方案制定
铜管和不锈钢管各有其特点:铜管的传热性能好、造价低，但容易腐蚀、结垢，造成泄漏和传热性能下降，导致有效使用寿命降低;不锈钢管的抗腐蚀和耐冲刷的性能比较好、表面清洁度高、寿命长，运行和维护费用较低，但传热性能差、造价高、一次性投资较多。
1.1、传热性能
冷却管材料由不锈钢代替海军铜时，其传热变化为:传热管汽侧放热条件无变化;水侧由于管内径变化，管内流速变化，水侧换热系数改变;传热管的材料和壁厚引起的管壁热阻变化，传导换热系数变化。
更换不锈钢管后，采用原有的管板和隔板，循环水系统不进行改造。经计算在不同的循环水量下，不诱钢的传热系数比铜管的传热系数低8%-15%,影响真空0.2-0.5kPa。根据凝汽器运行特性，更换管材对真空的影响主要表现在夏季，其它季节的影响较小。另外，由于铜管凝汽器的设计存在3%左右的面积富裕量，不锈钢凝汽器在冷却面积上是能够满足设计要求的。
1.2、运行因素的影响
在运行一段时问以后，铜管比不锈钢管更容易结垢(且结垢后不容易洁理)。由于结垢的影响，铜管凝汽器的换热系数下降较快(有资料表明，运行一年后，铜管凝汽器的换热系数下降20%左右)，不锈钢管则不易结垢，结垢后也可以采用多种措施除垢。在相同的运行条件下，受结垢影响，铜管凝汽器换热性能没有明显的优势。
1.3、可靠性
不锈钢管的材质较铜管好，安装工艺的可靠性比铜管高，因此在运行过程中不易发生泄漏、堵管等质量问题。减少了凝汽器的运行和维护费用，最保守的估计，每年可节约12万元的药品费用。
1.4、投资对比
按照目前的市场价格，更换铜管凝汽器的改造费用224万元，而相应采用TP304不锈钢管凝汽器的改造费用为256万元，TP316不锈钢管凝汽器295万元。尽管更换不锈钢管一次性投资较大，但不锈钢管的使用寿命长、维护费用低，因此，折合到使用年限内的投资，采用不锈钢管仍是较好的选择。
1.5、实际运行性能对比
安徽淮北电厂是较早采用不锈钢管对凝汽器进行改造的电厂，运行已有3年，没有进行性能试验，但从同期运行数据对比可以看出，换热性能略有降低，凝汽器端差稍高，但对凝汽器的真空影响不是很大。
综合考虑，选用如下方案
选用TP304不锈钢管(焊接管)替换原凝汽器的HSn-70-1冷凝管，规格分别为25 x 0.6 x 7600和25 x 0.7 x 7600(用于迎汽区及抽空气区)，其数量应在12904根的基础上有2-3%的裕量。
二、管材供货及验收要求
供方对管材的生产、检验、包装和保管应符合ASTM249-98. A450. A262及相关标准(本规范另有规定除外)，并提供各项指标检验报告及产品合格证。
2.1、凝汽器冷凝管必须采取100%在线涡流探伤检查并符合质量要求。涡流探伤频率:30kHz;参考缺陷:120°的3个钻孔，孔径<0.8mm;孔距>500mm:验收标准:K<0.8;涡流探伤仪舟检测50根冷凝管或工作4小时和每班开始、结束时必须用标准参考缺陷样管进行校验。
2.2、不锈钢冷凝管在焊接后需立即进行在线鼓终热处理(热处理最低温度为1050℃)，热处理方式为气体保护下光亮退火。
2.3、在不锈钢冷凝管现场交付时须提供该批不锈钢冷凝管的炉批号、化学成分报告(每炉钢取一根不锈钢管进行成分分析)和生产过程中的质量检验记录，拉伸性能、硬度、反向弯曲、压扁、卷边等试验记录;必要时应提供原始记录数据。
2.4、供货方应提供进行选材和质n.检验的相关标准。
2.5、使用部门在验收管材时.对一些必要的复核项目，应进行抽查检验。重点检验的项目如下：管材的化学成份。管材尺寸及其允许偏差、管材的椭圆度和弯曲度等。管材内外表面的目视检查:成品不锈钢管的两端面须光滑而无毛口，管子弯曲度在每900mm长度上不得超过0. 8mm。按《火力发电厂凝汽器管选材导则》DL/T712-2000有关内容进行要严格按规程予以验收。机械试验:拉伸试验、压扁试验、翻边试验、反向弯曲试验、硬度试验、水压或无损检测试验、晶间腐蚀试验等。按AST11 A249规定管子在焊接后，最终热处理之前钢管应进行冷加工。
三、安装要求
3.1、凝汽器不锈钢管的安装必须符合中华人民共和国行业标准DL5011-02《电力建设施工及验收技术规范一汽轮机篇》的相关内容。
3.2、参加换管的施工、检验、试验人员必须是熟悉该项工作的熟练工作人员。必须使用专用工器具(如胀管机、切管刀、管端铣平刀、引管器等)、符合要求的测量工具、配备相关的试验器械。
3.3、安装施工前，按照施工方案中的胀管工艺进行胀管试验，拉脱力不小于原铜管的拉脱力。施工过程中，施工方必须接受技术部门的监督。
3.4、更换过程中，胀管施工必须分区进行，防止管板变形。凝汽器管板必须开一道U型槽。不锈钢冷凝管在胀管过程中不得出现过胀或欠胀，每根冷凝管的补胀次数不得超过两次。
3.5、施工、检查、检验、试验及其它有关记录应齐全、完整、清晰。安装完成后，全部管口的外观应均匀一致，翻边须光滑、平整，高度适中，不得存在毛刺、皱折和裂纹。
3.6、水压试验:水位高度为高于凝汽器顶排冷凝管100cm以上，时间保持24小时后进行检查，冷凝管及胀口须无渗漏现象。
四、凝汽器支撑弹簧调整
凝汽器改造后，由于不锈钢管壁厚减小，凝汽器重量减轻，影响低压缸向上移位，很容易引起转子振动，故对凝汽器支撑弹簧调整，调整员由试验确定。
五、改造前后凝汽器重要数据对比分析
5.1、改造前后凝汽器运行参数对照表为了比较凝汽器改造前后性能的变化，在凝汽器改造前、后分别进行了性能试验，试验的计算结果。
5.2、数据分析
(1)凝汽器传热端差:改造后凝汽器的端差最大5.05℃,最小3.95℃，其平均值和改造前相比稍有增大，但仍满足原凝汽器的设计要求，说明凝汽器的换热性能还是比较好的。
(2)循环冷却水的温升:改造后循环水温升变小了，其主要原因是循环水泵改造后流最比原来增大了，其次是本次试验的环境温度和改造前相比温度较低，这从另外一个侧面也说明凝汽器的换热性能没有发生大的变化。
(3)凝汽器的传热系数:从计算的结果来看，改造后的凝汽器的总的传热系数比原来下降了，在不同的循环水流旱下分别下降1.53%-15.48%不等，主要是两个方面引起的，一个方面不锈钢管的导热系数比铜管的导热系数要低很多，另一个方面不锈钢管的壁厚比铜管的壁厚薄(原来1mm，现在0.6-0.7mm)，因此不锈钢管水侧通流面积增大了，相应循环水的流速变�。鸲粤骰蝗认凳湫 �
(4)还可以石出，随着管内循环水流速的增大，换热系数的减小程度越�。毖匪魉俳咏虺杓频乃俣仁�，换热系数减小的就不明显，当循环水的流速为2. 280m /s时，其传热系数达到了3464 W /(m2℃)，和设计工况下的传热系数(3159W / (m2℃))相比还增大了。这说明循环水的流速对不锈钢管凝汽器的传热系数的影响非常敏感。
六、结论
6.1、通过凝汽器改造前后的性能试验结果对比和近期运行情况石，本台凝汽器不锈钢管代替铜管的改造是成功的，值得推广。
6.2、不锈钢管具有优良的耐腐蚀性、耐高速水流的冲刷性和抗气蚀性将很大程度地提高冷却管的寿命，从而相应提高凝汽器的寿命;
6.3、不锈钢管开槽胀接工艺手段大大降低了凝汽器泄漏的可能性，凝汽器的无泄漏、长期安全运行，可避免机组因凝汽器原因而带来的停机、检修等额外损失。因此，从长期安全运行经济角度上看，不锈钢管凝汽器是我国凝汽器发展的一个趋势。
七、日常维护及注意事项
7.1、要避免冷却水长期低流速运行或长期停留在凝汽器内，否则可能降低不锈钢管的耐腐蚀性，流速还对不锈钢的点蚀电位、维钝电流有较大影响，更重要的是降低了凝汽器的换热性能。
7.2、不锈钢也存在微生物腐蚀，故冷却水杀菌灭藻问题应高度重视。
7.3、不锈钢管凝汽器应同样重视防止结垢，胶球清洗装置要正常投运，并确保胶球回收率。
7.4、水处理的药剂很多，在选择时应考虑其对不锈钢耐蚀性能的影响，必要时应做试验确定。
7.5、由于不锈钢对Cl-比较敏感，为了有效防止氯化物污染，禁止使用润滑剂，合成清洗剂和漂清水等，以减少成品管子表面残余的氯化物。这些措施将使管子受应力腐蚀而破损的机率降到最小。运行过程中要严密监视其含量。
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