凝汽器換熱管整體改用鋼管的實(shí)踐及效果

石擁軍 江 勇

(重慶三峰環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司， 重慶 400084)

重慶同興垃圾處理有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“同興公司”)開(kāi)發(fā)的垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目，是我國(guó)第一個(gè)以BOT(建設(shè)-運(yùn)營(yíng)-移交)方式運(yùn)作的垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目。該項(xiàng)目由重慶三峰環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司牽頭進(jìn)行投資、建設(shè)并承包運(yùn)營(yíng)，采用引進(jìn)的德國(guó)馬丁公司SITY2000逆推傾斜爐排技術(shù)，2套焚燒爐的日處理垃圾能力共為1 200 t。2005年3月28日正式投產(chǎn)以來(lái)，年處理垃圾57×104t，年上網(wǎng)電量123×106度，煙氣凈化指標(biāo)等各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)能力。但2008年以后，汽輪機(jī)組的真空度較低，特別是夏季高溫季節(jié)，真空度低至-0.074 MPa。為保證機(jī)組的安全運(yùn)行，每年需進(jìn)行一次化學(xué)藥劑的在線清洗。2011年4月檢修時(shí)對(duì)2號(hào)凝汽器的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)排汽口換熱管堵塞嚴(yán)重，共有300余根銅管發(fā)生堵塞，堵塞面積達(dá)8.2%，且銅管內(nèi)壁結(jié)硬垢嚴(yán)重。

凝汽器是汽輪機(jī)的主要附屬設(shè)備，其運(yùn)行質(zhì)量對(duì)汽水的品質(zhì)及整個(gè)電廠的安全運(yùn)行影響較大，甚至直接關(guān)系到整個(gè)機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)效益[1-3]。凝汽器換熱管結(jié)垢，不僅會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)組的真空度降低、排汽溫度升高，影響凝汽器銅管脹口的嚴(yán)密性，而且會(huì)使排汽壓力升高，增加蒸汽耗量，增大排汽口濕度，影響末端葉片負(fù)載，加大軸承振動(dòng)，降低機(jī)組效率。為了解決凝汽器銅管內(nèi)壁結(jié)垢問(wèn)題，確保機(jī)組安全運(yùn)行，通過(guò)研究，決定將凝汽器的換熱管由銅管換成不銹鋼管。

1 凝汽器換熱管結(jié)垢的處理辦法

針對(duì)檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)的凝汽器換熱管結(jié)垢與堵塞問(wèn)題，如果只是將有堵塞的銅管更換掉，暫時(shí)也能夠達(dá)到滿(mǎn)足機(jī)組真空度的要求，但由于檢修工藝復(fù)雜、難度大，可能損壞未堵的換熱管[3-5]。幾年后，其他銅管壽命到期，又會(huì)影響到已更換的換熱管，這樣就會(huì)形成惡性循環(huán)。

經(jīng)過(guò)多方論證，公司決定在2011年4月的檢修中將2號(hào)凝汽器的銅管全部更換成鋼管。2號(hào)凝汽器原用銅管為HSn70-1A、BFE30-1-1管材，規(guī)格為Ф20×1.5、Ф20×1.0；選用的不銹鋼雙螺旋波紋管為T(mén)P304材質(zhì)，規(guī)格為Ф20×0.7。

2 不銹鋼管與銅管的性能比較

不銹鋼材質(zhì)具有較強(qiáng)的抗蝕性能，幾乎不銹蝕，而且耐高速流體和循環(huán)水介質(zhì)(含泥砂量大、懸浮物多)的沖蝕，直接可代替銅管或鈦管用于海水冷卻，其使用壽命可達(dá)30年以上。

不銹鋼管的外壁不會(huì)形成氧化膜。與銅管相比，不銹鋼管高光潔度的金屬表面具有較低的潤(rùn)濕性能，不會(huì)形成水膜，有穩(wěn)定的傳熱能力，可以改善蒸汽與管外壁的換熱效果。

不銹鋼管具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，管壁設(shè)計(jì)較薄，為0.5～0.7 mm，彌補(bǔ)了不銹鋼金屬自身導(dǎo)熱性較低的弱點(diǎn)。銅管的管壁厚度為1.0～1.5 mm。

不銹鋼的密度低于銅，且管壁較薄，其單位換熱面積重量?jī)H為銅管的3/5。將凝汽器的換熱管由銅管全部換成不銹鋼管，不僅可減輕機(jī)組的荷重，而且使單位面積管子的成本也大大降低了。

在安裝方面，不銹鋼管也適用傳統(tǒng)的安裝工藝和膠球清洗工藝，既可以進(jìn)行脹管安裝，也可以采用管口焊接安裝工藝，而銅管不能與鋼質(zhì)管板進(jìn)行焊接。

不銹鋼管的內(nèi)外壁均有較高光潔度，在使用中不易結(jié)垢，因此可延長(zhǎng)使用壽命，提高換熱效力(見(jiàn)表1)。

表1 不銹鋼管與銅管的性能比較

有關(guān)研究結(jié)果表明，不銹鋼管經(jīng)過(guò)減少管壁的厚度，能提高其總體傳熱系數(shù)。選用的不銹鋼管壁厚一般為0.5～0.7 mm。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，壁厚0.7 mm的不銹鋼管與原來(lái)使用的壁厚1.0 mm銅管的傳熱效果基本相同，但不銹鋼雙螺線波紋管換熱面積大，管壁較薄且光滑、抗腐蝕性強(qiáng)，其對(duì)流放熱系數(shù)及凝結(jié)放熱系數(shù)比銅管要大。管壁厚度減小、通徑增大、水阻減小、流量增加、出水溫度降低，對(duì)數(shù)平均溫差減小，可有效提高相對(duì)真空度。不銹鋼管內(nèi)外壁面光滑，不易結(jié)垢，可減少清洗次數(shù)，從而節(jié)約成本。不銹鋼管壁薄、重量比銅管輕，韌性、屈服、拉伸強(qiáng)度都高于銅管，所以脹口只脹不焊，在熱脹冷縮的環(huán)境下也不會(huì)產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象。

3 凝汽器換熱管更換前后的效果比較

對(duì)2號(hào)凝汽器換熱管整體更換成鋼管后的運(yùn)行情況進(jìn)行了長(zhǎng)期跟蹤，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，凝汽器換熱管更換成鋼管以后，結(jié)垢現(xiàn)象明顯減少。如圖1所示，a為2011年檢修時(shí)拍攝，b為2017年檢修時(shí)拍攝。更換前，銅管結(jié)垢導(dǎo)致?lián)Q熱效力降低，每年需停機(jī)一次進(jìn)行酸洗。更換為不銹鋼波紋管后，至2017年其管壁仍具有較高的光潔度。

圖1 凝汽器換熱管的結(jié)垢現(xiàn)象

2號(hào)凝汽器換熱管更換前后的有關(guān)運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2。其中，更換前的數(shù)據(jù)是運(yùn)行3年后進(jìn)行了酸洗處理再投入運(yùn)行半年后采集的數(shù)據(jù)；更換后的數(shù)據(jù)是在不銹鋼管連續(xù)運(yùn)行3年半之后采集的。在負(fù)荷10 200～12 219 W的情況下運(yùn)行，真空度平均由更換前的-0.079 MPa提高到-0.093 MPa，平均提高0.014 MPa；排汽溫度，更換前為58.9 ℃，更換后為34.66 ℃，平均降低24.24 ℃；循環(huán)水出水溫度，更換前為32 ℃，更換后降低到29 ℃；循環(huán)水進(jìn)口壓力，更換前為0.27 MPa，更換后降低到0.22 MPa；換熱效率提高，端差更換前為27.118 ℃，更換后降到5.58 ℃，降低了21.538 ℃；汽耗率更換前為5.71 kg/(kW·h)，更換后為4.66 kg/(kW·h)，下降了18.39%。

實(shí)踐證明，凝汽器換熱管由銅管更換為不銹鋼雙螺線波紋管后，汽輪機(jī)的運(yùn)行效率得到大幅提高，排氣溫度也下降到正常值，汽輪機(jī)的安全性有了更好的保障。

表2 2號(hào)凝汽器換熱管更換前后的運(yùn)行參數(shù)

4 結(jié) 語(yǔ)

同興公司在發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)排汽口換熱管大面積堵塞且銅管內(nèi)壁嚴(yán)重結(jié)垢的問(wèn)題之后，通過(guò)論證，采取了將凝汽器的換熱管由原來(lái)的銅管全部換成不銹鋼雙螺線波紋管的處理方案。實(shí)踐證明，這種處理辦法是行之有效的。相對(duì)于銅管而言，不銹鋼管的壁較薄，通徑因此增大、水阻減小、流量增加，出水溫度降低，對(duì)數(shù)平均溫差減小，提高了相對(duì)真空度。整體換管以后，真空度平均提高了0.014 MPa，排汽溫度平均降低了24.24℃，循環(huán)水進(jìn)口壓力平均降低了0.05 MPa，端差平均降低了21.538 ℃，提高了凝汽器的換熱效率。同時(shí)，將凝汽器換熱管由銅管更換為不銹鋼管后，停爐進(jìn)行酸洗的時(shí)間延緩、次數(shù)減少，焚燒爐系統(tǒng)連續(xù)工作的時(shí)間增長(zhǎng)，提高了汽輪機(jī)的運(yùn)行效率，增強(qiáng)了機(jī)組運(yùn)行的安全性，節(jié)約了檢修維護(hù)成本，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益都較為明顯。