300 MW機(jī)組凝汽器的改造

吳寶華，劉慧，劉斌

(國(guó)投曲靖發(fā)電有限公司，云南 曲靖 655000)

0 引言

某300 MW機(jī)組采用N300－16.7－538型亞臨界壓力、一次中間再熱、高中壓合缸、雙缸雙排氣、單軸反動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)，配置N－17650－Ⅱ型單背壓、單殼體、對(duì)分雙流程、表面式凝汽器。凝汽器主要技術(shù)參數(shù):冷卻面積，17 650 m2;循環(huán)水量，37 300 m3/h;清潔系數(shù)，0.85;循環(huán)水進(jìn)水溫度，20℃;水阻，＜50 kPa;凝汽器傳熱端差，＞2.8℃;冷卻管材質(zhì)，HSn70－1/BFe30－1－1;冷凝管數(shù)量，19 520根;冷凝管規(guī)格，? 28 mm×1 mm×10387 mm。機(jī)組于1998年2月投產(chǎn)后運(yùn)行至今，凝汽器銅管老化、結(jié)垢、腐蝕嚴(yán)重，近幾年頻繁發(fā)生泄漏，導(dǎo)致凝結(jié)水水質(zhì)長(zhǎng)期超標(biāo)，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 凝汽器銅管發(fā)生泄漏的原因

(1)端部腐蝕。冷卻水在進(jìn)入管端部分時(shí)出現(xiàn)渦流，使管子入口端部分的水流速度比其他部分要大得多，水流在管端部分的流動(dòng)剪切應(yīng)力比管內(nèi)其他部分大，可破壞銅管的鈍化膜而產(chǎn)生管端腐蝕。

(2)沖刷腐蝕。由于冷卻水的湍流及進(jìn)入水流的氣體或沙礫等異物的沖蝕磨削作用，使凝汽器銅管表面局部的保護(hù)膜遭到破壞。沖刷腐蝕一般發(fā)生在流速高、水流流動(dòng)紊亂和不斷形成湍流的局部位置上，如凝汽器管的入口端。

(3)脫鋅腐蝕。凝汽器銅管在冷卻水中的脫鋅腐蝕，沿管壁垂直方向侵蝕可達(dá)相當(dāng)大的深度。

(4)氨腐蝕。給水采用氨處理后，由于蒸汽中的氨在抽氣區(qū)發(fā)生局部富聚且蒸汽凝結(jié)量很小，因而在抽氣區(qū)剛凝結(jié)的水滴中氨的濃度大大超過(guò)蒸汽中的濃度，若同時(shí)有溶解氧的存在，便會(huì)在這一區(qū)域的銅管汽側(cè)出現(xiàn)氨腐蝕。

(5)電偶腐蝕。凝汽器中冷卻管與管板所用材料不同，管材與管板材料在冷卻水中的電位也不同，所以，在凝汽器管與管板之間也存在電偶腐蝕的可能。

(6)其他腐蝕。應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕、垢下腐蝕等。

2 改造措施及方案

(1)排管方式。采用目前較為先進(jìn)、成熟的BD－TP模塊式排管對(duì)原凝汽器的排管方式進(jìn)行了優(yōu)化，減少了凝汽器的汽阻，使凝汽器的熱負(fù)荷分配更為均勻，凝汽器無(wú)明顯的蒸汽湍流區(qū)和空氣積聚區(qū)。此外，蒸汽還可以直接下到熱井，減少了過(guò)熱度，確保了良好的除氧效果。經(jīng)試驗(yàn)計(jì)算表明，該排管方式可使凝汽器總體傳熱系數(shù)比美國(guó)熱交換管凝汽器標(biāo)準(zhǔn)(HEI)計(jì)算值高15% ～30%，提高了凝汽器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

(2)端板和管板。將端板更換為δ 5+40 mm的TP304+Q235B不銹鋼復(fù)合板，以增強(qiáng)端板的抗腐蝕性能，杜絕冷卻管端口因腐蝕而發(fā)生泄漏，同時(shí)可延長(zhǎng)端板的使用壽命;管板由10塊增加為12塊，并將間距由原來(lái)的910 mm調(diào)整為760 mm，厚度由40 mm調(diào)整為20 mm，從而改善冷卻管的振動(dòng)特性，限制冷卻管的振幅，避免冷卻管因誘振而損壞。

(3)冷卻管。將原來(lái)主冷卻區(qū)的HSn70－1A冷卻管改為? 22 mm×0.5 mm的TP304不銹鋼管，外圍及空冷區(qū)的BFe30－1－1冷卻管改為? 22 mm×0.7 mm的TP304不銹鋼管，2種管子均以脹接+亞弧焊接的方式與端板連接。

(4)水室。前水室采用仿弧形設(shè)計(jì)，在方形水室死角處增加折流板，這樣，既利于減少水流阻力，又利于防止積沙和清洗膠球的通過(guò)。同時(shí)，對(duì)凝汽器水室進(jìn)行熱噴涂金屬鋅涂層及涂刷KHS－1防腐膠處理，以提高水室防損傷和防腐蝕能力。

3 改造后的主要技術(shù)參數(shù)和效果

凝汽器改造后，其主要技術(shù)參數(shù)為:型號(hào)，N－18600－Ⅱ;總冷卻面積，18601 m2;冷卻管規(guī)格，? 22 mm ×0.5 mm/0.7 mm;冷卻管材質(zhì)，TP304;冷凝管總數(shù)，26178根;管板材質(zhì)，TP304+Q235B;冷卻水量，32000 m3/h;清潔系數(shù)，0.9;凝汽器背壓，4.9 kPa(絕對(duì)壓力)。改造后，凝汽器參數(shù)變化見(jiàn)表1。

表1 凝汽器改造前、后的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

由表1可知，改造后凝汽器排汽壓力降低了1.7 kPa，端差降低了3.1℃，凝汽器改造取得了很好的效果，機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性得到了較大的提升。

4 不銹鋼管的優(yōu)越性

(1)不銹鋼管強(qiáng)度高，故可采用薄壁管(銅合金管一般選用1.0～1.2 mm壁厚，而不銹鋼管一般選用0.5～0.7 mm壁厚)，一般不銹鋼管管壁只有銅合金管的50% ～70%，故可節(jié)約大量耗材。

(2)不銹鋼管的耐腐蝕性要高于銅合金管。不銹鋼管的抗水流沖擊、抗蒸汽沖蝕、抗氨腐蝕、抗冷卻水中硫化氫的腐蝕能力都比較強(qiáng)。

(3)與銅合金管相比，不銹鋼管腐蝕產(chǎn)物少，管壁光潔不易結(jié)垢，因此，具有較高的清潔系數(shù)和較低的流動(dòng)阻力。

(4)不銹鋼管堵管率較低，使用壽命長(zhǎng)。

(5)采用不銹鋼后，由于流動(dòng)阻力變小，冷卻水流速相對(duì)提高。

不同材質(zhì)冷卻管耐腐蝕性能見(jiàn)表2(表中數(shù)字1到6表示耐磨等級(jí)，1最低，6最高)，不銹鋼管和銅管的物理性能見(jiàn)表3。

5 不銹鋼管與銅合金管的傳熱性能比較

傳熱系數(shù)計(jì)算公式為

式中:aw為內(nèi)冷卻水的對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2·K);as為蒸汽凝結(jié)當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2·K);λ為管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K);d1，d2分別為冷卻管的外徑和內(nèi)徑，m。

HSn70－1銅 管 的 導(dǎo) 熱 系 數(shù) λ=108.9 W/(m·K)，TP304不銹鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)λ=13.8 W/(m·K)，不銹鋼管導(dǎo)熱系數(shù)僅為銅管的1/8。相關(guān)資料表明，若僅考慮材質(zhì)變化對(duì)傳熱系數(shù)的影響，銅管更換為不銹鋼管后傳熱系數(shù)將下降5%～6%。由上式可知，導(dǎo)熱系數(shù)僅是影響管材傳熱系數(shù)的因素之一。采用不銹鋼管后，由于冷卻管管壁厚度可減少30% ～50%，清潔系數(shù)可從85%提高到90%，管內(nèi)流動(dòng)阻力減少使冷卻水流速得以提高以及不銹鋼管堵管率低等因素，不銹鋼管的換熱性能不會(huì)比銅管差。此外，大量測(cè)試和實(shí)際運(yùn)行情況表明，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，不銹鋼的傳熱性能要優(yōu)于銅管的傳熱性能。因此，將凝汽器冷卻管更換為不銹鋼管后對(duì)換熱性能的影響是非常小的。

表2 不同材質(zhì)冷卻管耐腐蝕性能

表3 不銹鋼管和銅管的物理性能

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，將老機(jī)組的凝汽器冷卻管更換為不銹鋼冷卻管后，不僅解決了凝汽器頻繁發(fā)生泄漏的問(wèn)題，提高了機(jī)組的真空和汽水品質(zhì)，而且還減少了堵管查漏和少發(fā)電所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失，每年由此給電廠帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

［1］何健康，孫晶輝，李維功.不銹鋼管在我國(guó)凝汽器中應(yīng)用展望［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2002，44(5):260 －263.

［2］梁磊，周?chē)?guó)定，解群，等.不銹鋼管在我國(guó)凝汽器上的應(yīng)用前景［J］.中國(guó)電力，1998(11):24.