至德钢业将凝汽器换热管由铜管整体更换不锈钢管的实践及效果

 凝汽器是汽轮机的主要附属设备，它对机组的安全与经济运行具有直接影响。介绍了浙江至德钢业有限公司将凝汽器换热管由铜管整体更换为不锈钢管的实践及效果。针对汽轮机排汽口换热管大面积堵塞且铜管内壁严重结垢的问题，将凝汽器的换热管由原来的铜管全部换成了不锈钢双螺线波纹管。换热管整体更换之后，有效提升了凝汽器的换热效率，其中真空度平均提高0.014MPa，排汽温度平均降低24.24℃，循环水进口压力平均降低0.05MPa，端差平均降低21.538℃。

 浙江至德钢业有限公司(以下简称“同兴公司”)开发的垃圾焚烧发电项目，是我国第一个以BOT(建设－运营－移交)方式运作的垃圾焚烧发电项目。该项目由环境产业集团有限公司牵头进行投资、建设并承包运营，采用引进的德国马丁公司SITY2000逆推倾斜炉排技术，2套焚烧炉的日处理垃圾能力共为1200吨。2005年3月28日正式投产以来，年处理垃圾57×10⁴吨，年上网电量123×10⁶度，烟气净化指标等各项参数均达到设计能力。但2008年以后，汽轮机组的真空度较低，特别是夏季高温季节，真空度低至－0.074MPa。为保证机组的安全运行，每年需进行一次化学药剂的在线清洗。

 2011年4月检修时对2号凝汽器的统计发现，汽轮机排汽口换热管堵塞严重，共有300余根铜管发生堵塞，堵塞面积达8.2%，且铜管内壁结硬垢严重。凝汽器是汽轮机的主要附属设备，其运行质量对汽水的品质及整个电厂的安全运行影响较大，甚至直接关系到整个机组的安全性和经济效益。凝汽器换热管结垢，不仅会导致汽轮机组的真空度降低、排汽温度升高，影响凝汽器铜管胀口的严密性，而且会使排汽压力升高，增加蒸汽耗量，增大排汽口湿度，影响末端叶片负载，加大轴承振动，降低机组效率。为了解决凝汽器铜管内壁结垢问题，确保机组安全运行，通过研究，决定将凝汽器的换热管由铜管换成不锈钢管。

一、凝汽器换热管结垢的处理办法

  针对检修时发现的凝汽器换热管结垢与堵塞问题，如果只是将有堵塞的铜管更换掉，暂时也能够达到满足机组真空度的要求，但由于检修工艺复杂、难度大，可能损坏未堵的换热管。几年后，其他铜管寿命到期，又会影响到已更换的换热管，这样就会形成恶性循环。

  经过多方论证，公司决定在2011年4月的检修中将2号凝汽器的铜管全部更换成不锈钢管。2号凝汽器原用铜管为HSn70-1A、BFE30-1-1管材，规格为Ф20mm×1.5mm、Ф20mm×1.0mm;选用的不锈钢双螺旋波纹管为TP304材质，规格为Ф20mm×0.7mm。

二、不锈钢管与铜管的性能比较

 不锈钢材质具有较强的抗蚀性能，几乎不锈蚀，而且耐高速流体和循环水介质(含泥砂量大、悬浮物多)的冲蚀，直接可代替铜管或钛管用于海水冷却，其使用寿命可达30年以上。

 不锈钢管的外壁不会形成氧化膜。与铜管相比，不锈钢管高光洁度的金属表面具有较低的润湿性能，不会形成水膜，有稳定的传热能力，可以改善蒸汽与管外壁的换热效果。

 不锈钢管具有较高的机械强度，管壁设计较薄，为0.5～0.7mm，弥补了不锈钢金属自身导热性较低的弱点。铜管的管壁厚度为1.0～1.5mm。不锈钢的密度低于铜，且管壁较薄，其单位换热面积重量仅为铜管的3/5。将凝汽器的换热管由铜管全部换成不锈钢管，不仅可减轻机组的荷重，而且使单位面积管子的成本也大大降低了。

 在安装方面，不锈钢管也适用传统的安装工艺和胶球清洗工艺，既可以进行胀管安装，也可以采用管口焊接安装工艺，而铜管不能与钢质管板进行焊接。

 不锈钢管的内外壁均有较高光洁度，在使用中不易结垢，因此可延长使用寿命，提高换热效力。

 有关研究结果表明，不锈钢管经过减少管壁的厚度，能提高其总体传热系数。选用的不锈钢管壁厚一般为0.5～0.7mm。从试验结果来看，壁厚0.7mm的不锈钢管与原来使用的壁厚1.0mm铜管的传热效果基本相同，但不锈钢双螺线波纹管换热面积大，管壁较薄且光滑、抗腐蚀性强，其对流放热系数及凝结放热系数比铜管要大。管壁厚度减小、通径增大、水阻减小、流量增加、出水温度降低，对数平均温差减小，可有效提高相对真空度。不锈钢管内外壁面光滑，不易结垢，可减少清洗次数，从而节约成本。不锈钢管壁薄、重量比铜管轻，韧性、屈服、拉伸强度都高于铜管，所以胀口只胀不焊，在热胀冷缩的环境下也不会产生泄漏现象。

三、凝汽器换热管更换前后的效果比较

 对2号凝汽器换热管整体更换成钢管后的运行情况进行了长期跟踪，结果发现，凝汽器换热管更换成不锈钢管以后，结垢现象明显减少。如图所示，a为2011年检修时拍摄，b为2017年检修时拍摄。更换前，铜管结垢导致换热效力降低，每年需停机一次进行酸洗。更换为不锈钢波纹管后，至2017年其管壁仍具有较高的光洁度。

 2号凝汽器换热管更换前后的有关运行参数见表。其中，更换前的数据是运行3年后进行了酸洗处理再投入运行半年后采集的数据;更换后的数据是在不锈钢管连续运行3年半之后采集的。在负荷10200～12219W的情况下运行，真空度平均由更换前的－0.079MPa提高到－0.093MPa，平均提高0.014MPa;排汽温度，更换前为58.9℃，更换后为34.66℃，平均降低24.24℃;循环水出水温度，更换前为32℃，更换后降低到29℃;循环水进口压力，更换前为0.27MPa，更换后降低到0.22MPa;换热效率提高，端差更换前为27.118℃，更换后降到5.58℃，降低了21.538℃;汽耗率更换前为5.71kg(kW·h)，更换后为4.66kg(kW·h)，下降了39%。

 实践证明，凝汽器换热管由铜管更换为不锈钢双螺线波纹管后，汽轮机的运行效率得到大幅提高，排气温度也下降到正常值，汽轮机的安全性有了更好的保障。

四、结语

 浙江至德钢业有限公司在发现汽轮机排汽口换热管大面积堵塞且铜管内壁严重结垢的问题之后，通过论证，采取了将凝汽器的换热管由原来的铜管全部换成不锈钢双螺线波纹管的处理方案。实践证明，这种处理办法是行之有效的。相对于铜管而言，不锈钢管的壁较薄，通径因此增大、水阻减小、流量增加，出水温度降低，对数平均温差减小，提高了相对真空度。整体换管以后，真空度平均提高了0.014MPa，排汽温度平均降低了24.24℃，循环水进口压力平均降低了0.05MPa，端差平均降低了21.538℃，提高了凝汽器的换热效率。同时，将凝汽器换热管由铜管更换为不锈钢管后，停炉进行酸洗的时间延缓、次数减少，焚烧炉系统连续工作的时间增长，提高了汽轮机的运行效率，增强了机组运行的安全性，节约了检修维护成本，经济和社会效益都较为明显。