灤河發(fā)電廠100mw機(jī)組凝汽器銅管更換為不銹鋼管的建設(shè)可研報(bào)告

1、河北工業(yè)大學(xué)熱能工程專業(yè)本科畢業(yè)論文第 頁共28頁1灤河發(fā)電廠凝汽器銅管概況凝汽器是汽輪機(jī)附屬設(shè)備，過去不被重視，但是在缺水及水體污染、水質(zhì)日 趨惡化的近20年來，它對火電廠的影響越來越大。首先是凝汽器管泄漏常需要 機(jī)組降負(fù)荷或停機(jī)查找處理，影響機(jī)組正常發(fā)電，而冷卻管結(jié)垢直接影響機(jī)組熱 效率，對企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益造成一定損失；其次是凝汽器泄漏，使凝結(jié)水、給水、鍋 爐水和減溫水均受到污染，進(jìn)而污染過熱蒸汽，引起鍋爐機(jī)組結(jié)垢腐蝕和積鹽。灤河發(fā)電廠#6、7機(jī)組均為100MV機(jī)組，凝汽器結(jié)構(gòu)相同，使用的凝汽器銅 管管材也一樣?，F(xiàn)以#7機(jī)組凝汽器銅管為例，其凝汽器是哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn) 的N-6815-2型凝汽

2、器，冷卻面積 6815吊，冷卻管徑25mm管材為HSn70-1A 含砷錫黃銅管，銅管長8.5米。其空冷區(qū)布置在凝汽器中間部位。 運(yùn)行時(shí)銅管外 為汽輪機(jī)作完功的乏汽，管內(nèi)為循環(huán)冷卻水。1997年8月#7機(jī)組投運(yùn)，自投產(chǎn)之日起至1998年9月份大修時(shí)，對凝汽器銅管進(jìn)行宏觀檢查和抽管進(jìn)行微觀檢 查均未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕現(xiàn)象。在大修投運(yùn)一個(gè)多月后，開始發(fā)生小量泄漏，12月份之后泄漏頻繁，堵管及更換銅管情況為：1998年12月份以前共堵管19根； 1998年至1999年共堵管115根。我們針對具體情況于2000年10月進(jìn)行了銅管 酸洗，更換銅管280根，情況有所好轉(zhuǎn)，至2001年3月運(yùn)行中又發(fā)生微量泄漏； 2

3、001年9月機(jī)組小修時(shí)堵管7根，其中空抽區(qū)為4根；2002年9月機(jī)組小修堵 漏管2根；2003年3月機(jī)組大修，徹底查漏換管，共更換銅管727根，其中大部分為空抽區(qū)銅管?，F(xiàn)在經(jīng)過兩三年的運(yùn)行，凝汽器銅管又開始出現(xiàn)泄漏情況。 為保證安全生產(chǎn)，我們分別在1994年和2001年對#6機(jī)銅管進(jìn)行了酸洗；2000 年和2003年對#7機(jī)銅管進(jìn)行了酸洗，花費(fèi)了大量的人力、物力、財(cái)力，加上運(yùn) 行時(shí)銅管泄漏，機(jī)組降負(fù)荷運(yùn)行，以及頻繁更換的銅管，這些給電廠帶來的經(jīng)濟(jì) 損失已無法計(jì)算。由于凝汽器銅管的泄漏使凝結(jié)水經(jīng)常有硬度，最大時(shí)達(dá)8.5卩mol/L （規(guī)定 1卩mol/L ），照此下去，必然會引起鍋爐的結(jié)垢、腐蝕

4、，造成水冷壁、過熱器 爆管，直接影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為了徹底查明凝汽器銅管泄漏的原因、制定防止凝汽器銅管腐蝕泄漏的措施，我們在每次機(jī)組停機(jī)時(shí)除對凝汽器銅管進(jìn)行 認(rèn)真宏觀檢查外，還根據(jù)需要進(jìn)行多次抽管檢查分析， 并于檢查分析后提出防止 凝汽器銅管腐蝕泄漏的措施和方法。同時(shí)考慮機(jī)組長期安全穩(wěn)定運(yùn)行，我們開始 考慮凝汽器冷卻材質(zhì)的重新選材問題。2凝汽設(shè)備的作用凝汽設(shè)備是凝汽式汽輪機(jī)設(shè)備的一個(gè)重要組成部分（如圖一），其工作的好 壞直接影響整個(gè)設(shè)備的熱經(jīng)濟(jì)性和可靠性。最簡單的凝汽設(shè)備示意圖如圖二所 示。汽輪機(jī)的排汽進(jìn)入凝汽器，循環(huán)水泵不斷地把冷卻水送入凝汽器。 吸收蒸汽 凝結(jié)放出的熱量，蒸汽被冷卻并

5、凝結(jié)成水，凝結(jié)水被凝結(jié)水泵從凝汽器底部抽出， 送往鍋爐作為鍋爐給水。圖一 電廠中的凝汽器與換熱器典型結(jié)構(gòu)圖骨殼管束折流扳墊片水宣接口圖二最簡單的凝汽設(shè)備示意圖1 凝汽器； 2循環(huán)水泵；3凝結(jié)水泵；4抽氣器在凝汽器中，蒸汽和凝結(jié)水是兩相共存的，蒸汽壓氣是凝結(jié)溫度所對應(yīng)的飽 和壓力。只要冷卻水溫不高，在正常條件下，蒸汽凝結(jié)溫度也不高，一般為30多度。30C左右的蒸汽凝結(jié)溫度所對應(yīng)的飽和壓力約為45KPa,大大低于大氣壓力，凝汽器內(nèi)形成高度真空。此時(shí)處于負(fù)壓的凝汽設(shè)備管道接口并非絕對嚴(yán)密， 外界空氣會漏入。為了避免這些在常溫條件下不凝結(jié)的蒸汽在凝汽其中逐漸積累 造成凝汽器中的壓力升高，一般采用抽氣器

6、不斷將空氣從凝汽器中抽出以維持凝 汽器內(nèi)真空。由此可知，凝汽設(shè)備作用有兩個(gè)：（1）在汽輪機(jī)排氣口建立并維持 一定的真空；（2）回收潔凈的凝結(jié)水作為鍋爐給水的一部分。在汽輪機(jī)熱力循環(huán)中，當(dāng)主蒸汽參數(shù)一定時(shí)，降低汽輪機(jī)排汽壓力及排汽溫 度，可以減少冷源損失，提高循環(huán)的熱效率。以東方鍋爐廠生產(chǎn)的300MW汽輪機(jī)參數(shù)為例，主蒸汽壓力 Po=16.67MPa,主蒸汽和再熱蒸汽溫度to=trh=537C, 再熱蒸汽壓力pth=3.665 MPa,其熱力循環(huán)如圖三（a）所示，循環(huán)熱效率變化量 ?nt與汽輪機(jī)排氣壓力p c的關(guān)系如圖三（b）所示。若沒有凝汽設(shè)備，汽輪機(jī) 的最低排氣壓力是大氣壓力，理想循環(huán)熱效率

7、n只有37.12%，而當(dāng)p c=5.0kpa 時(shí)，n=45.55%,兩者之差的相對值？nt/n=l8.5%。若運(yùn)行不當(dāng)使排氣壓力比正常 值上升1%，?nt/ n將降低1%以上，即機(jī)組熱耗率的相對變化率將增大1%以上。相反，若使汽輪機(jī)的排氣溫度下降 5C，則？購nt將增大1%以上。（a）熱力循環(huán)0.30.600.010. 020.03 0.040.050.06 0.070.080.09 0.10p c,MPa圖三一次中間再熱亞臨界機(jī)組的熱力循環(huán)與熱效率(b) ? nt/ np c 關(guān)系曲線3 凝汽器的工作過程及結(jié)構(gòu)形式凝汽器的工作過程及結(jié)構(gòu)形式目前火電廠廣泛使用表面式凝汽器。凝

8、汽器的外殼通常呈圓柱形或橢圓柱 形，大功率汽輪機(jī)的凝汽器則為矩形。外殼兩端連接著端蓋和管板，端蓋和管板 之間形成水室。凝汽器的喉管是接受汽輪機(jī)排汽的進(jìn)口部分。 數(shù)目甚多的冷卻水 管裝在管板上，形成主凝結(jié)區(qū)。冷卻水從進(jìn)水口進(jìn)入凝汽器，流經(jīng)冷卻水管后從 出水口流出。汽輪機(jī)的排汽從進(jìn)汽口進(jìn)入凝汽器， 蒸汽和冷的管壁接觸開始凝結(jié)成水，所有凝結(jié)水最后聚集在熱井中，然后由凝結(jié)水泵抽走。同一股冷卻水在凝 汽器內(nèi)轉(zhuǎn)向前后兩次流經(jīng)冷卻水管的凝汽器稱為雙流程凝汽器，灤河電廠的兩臺100MW機(jī)組凝汽器均為雙流程凝汽器。在凝汽器殼體右下側(cè)有空氣抽出口。為 了減輕抽氣器的負(fù)荷，空氣與少量蒸汽的混合物在從凝汽器抽出之前，

9、要再進(jìn)一步冷卻以減少蒸汽含量，并降低蒸汽空氣均合物的比體積。 為此，把一部分冷卻 管束（約為全部管數(shù)的8%10%）用隔板與其他管束隔開，形成了空氣冷卻區(qū)。由 于不斷地通過抽氣口抽出空氣，所以凝汽器中正在凝結(jié)的蒸汽就和空氣一起向抽 氣口流動。蒸汽剛進(jìn)入凝汽器時(shí)，所含的空氣量不到排汽量的萬分之一， 凝汽器 總壓力可以用蒸汽分壓力代替，直至蒸汽空氣混合物進(jìn)入空氣冷卻區(qū)， 蒸汽的分 壓力才明顯減少，蒸汽和空氣的質(zhì)量流量在同一數(shù)量級上。 要維持蒸汽和空氣混 合物以一定速度向抽氣口流動，抽氣口處應(yīng)保持較低的壓力p c。壓差（?P=Pc-p C）稱為凝汽器的汽阻。汽阻越大，凝汽器內(nèi)的壓力pc也越高，經(jīng)濟(jì) 性

10、越低，故應(yīng)盡量減少熱阻。大型機(jī)組的凝汽器汽阻約為0.30.4kpa。根據(jù)空氣抽出口的位置不同，現(xiàn)代凝汽器結(jié)構(gòu)形式分為汽流向心式與汽流向 側(cè)式兩大類。由于單機(jī)功率增大，凝汽器尺寸和冷卻水管數(shù)量大大增加。 為了加 大管束四周的進(jìn)汽周界，減短汽流途徑，減小汽阻，出現(xiàn)了多區(qū)域向心式凝汽器。 獨(dú)立區(qū)域數(shù)由兩個(gè)到十幾個(gè)，平行布置于矩形外殼內(nèi)，每個(gè)區(qū)域的中部都有空氣 冷卻區(qū)。灤河發(fā)電廠兩臺100MW凝汽式機(jī)組的凝汽器就是這種形式。（如圖四） 此種形式有它的優(yōu)點(diǎn)，也有它的缺點(diǎn)，這就是后面要提到的：空抽區(qū)布置在中間 的凝汽器銅管汽側(cè)容易發(fā)生氨蝕。（氨蝕形成的原因是：當(dāng)凝汽器空抽區(qū)結(jié)構(gòu)較 特殊時(shí)，蒸汽與空氣混合物

11、中帶出的水量很少， 氨的分壓相當(dāng)高，在空冷區(qū)的少 量凝結(jié)水中溶入大量的氨，由于水量很少，水流沿管板或隔板流到銅管上，沿銅 管緩緩下滴，在此過程中，高濃度的氨液對銅管產(chǎn)生腐蝕，形成水流刻蝕或蟲蛀 樣的腐蝕，這就是氨蝕。）圖四凝汽器布管圖vrjjjjj. jjjrjrj. r j j j j j. j j jr jr j. w ww:佔(zhàn)簡簡：jjjjjjj.jjjjjjj jjjrxrj. vjjjjjj. jjrjrj. vjjjjjj. jjrjrj.jjjjrjr jjjjjjjj NNNf rwtNf 農(nóng) gm:-m:, -m:,iiiuiu mmi .immTXTXTXV .TXTXTX

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16、 llllllllllllll1 他佃他XX佃m佃他譏譏他佃3.2 凝汽器的端差凝汽器壓力下的飽和溫度與凝汽器冷卻水出口溫度之差稱為端差。對一定的凝汽器，端差的大小與凝汽器冷卻水入口溫度、 凝汽器單位面積蒸汽負(fù)荷、凝汽 器銅管的表面潔凈度，凝汽器內(nèi)的漏入空氣量以及冷卻水在管內(nèi)的流速有關(guān)。一個(gè)清潔的凝汽器，在一定的循環(huán)水溫度和循環(huán)水量及單位蒸汽負(fù)荷下就有一定的 端差值指標(biāo)，一般端差值指標(biāo)是當(dāng)循環(huán)水量增加， 冷卻水出口溫度愈低，端差愈 大，反之亦然；單位蒸汽負(fù)荷愈大，端差愈大，反之亦然。實(shí)際運(yùn)行中，若端差 值比端差指標(biāo)值高得太多，則表明凝汽器冷卻表面銅管污臟，致使導(dǎo)熱條件惡化。 端差增加的原因有：

17、凝器銅管水側(cè)或汽側(cè)結(jié)垢；凝汽器汽側(cè)漏入空氣；冷 卻水管堵塞；冷卻水量減少等。由于我廠凝汽器冷卻管材從開始基建設(shè)計(jì)到后來對泄漏管進(jìn)行更換，全部 使用的都是銅管，由于銅管本身為直管形式，因此比較容易沉積淤泥等，從而一 定程度上影響了機(jī)組凝汽器的端差。4凝汽器銅管腐蝕情況檢查多次檢查綜合情況基本如下：打開凝汽器入口端大蓋，發(fā)現(xiàn)凝汽器甲側(cè)低溫區(qū)入口端雜物較多 （泥砂、石 子、木塊、膠球、塑料片等），檢查二次濾網(wǎng)也被塑料碎片包圍，高溫段泥砂較 多，乙側(cè)情況好于甲側(cè)。之后，抽出具有代表性的銅管管樣，檢查這些管樣內(nèi)表 面的腐蝕、結(jié)垢狀況，腐蝕結(jié)垢形式如下：部分管樣內(nèi)表面有垢，主要集中在甲側(cè)高溫區(qū)，甲、乙側(cè)低

18、溫區(qū)和乙側(cè)高 溫區(qū)沒有垢，但均有一層薄泥；普遍出現(xiàn)點(diǎn)蝕，外觀為綠點(diǎn)狀腐蝕產(chǎn)物，去掉腐蝕產(chǎn)物，為一腐蝕坑；不少管樣有明顯的腐蝕坑，且已穿透；有的管樣底部出現(xiàn)一串較大腐蝕坑，暫沒穿透；凝汽器出口端部分管內(nèi)表面為棕黃色；空抽區(qū)銅管汽側(cè)與管板接觸面有明顯氨蝕現(xiàn)象，有的銅管已穿透。5腐蝕原因分析水處理用藥及濃縮倍率控制情況：灤電所用水穩(wěn)劑是北京拓維科技開發(fā)公 司生產(chǎn)的，入廠時(shí)經(jīng)過華北電科院的檢驗(yàn)，達(dá)到國標(biāo)要求。從化驗(yàn)結(jié)果看，緩蝕 劑含量為1.71%，雖符合國標(biāo)要求，但與要將循環(huán)水中緩蝕劑含量控制到0.5%以上相比還有些偏低。此水穩(wěn)劑配方是根據(jù)灤電循環(huán)水補(bǔ)水水質(zhì)情況，將循環(huán)水濃縮倍率控制在2.53.5倍，

19、通過動態(tài)模擬試驗(yàn)確定的（2003年1月）。當(dāng)循 環(huán)水濃縮倍率超過此值時(shí)，其阻垢性能及緩蝕性能將大大降低，從而引起凝汽器 銅管結(jié)垢和腐蝕。灤電這些年由于缺水，循環(huán)水補(bǔ)不上水，#7機(jī)循環(huán)水的濃縮倍率曾一度超過3.5倍，有時(shí)達(dá)7.4倍，有時(shí)長時(shí)間超過所選水穩(wěn)劑所能控制的 循環(huán)水濃縮倍率的控制范圍，因此造成銅管腐蝕結(jié)垢現(xiàn)象發(fā)生。凝汽器銅管成膜情況：#7機(jī)組自1997年8月18日完成24小時(shí)試運(yùn)以后，移交試生產(chǎn)。由于在試運(yùn)前、后沒有進(jìn)行一次成膜處理，因此，化學(xué)于1997年10月至11月份對其進(jìn)行了運(yùn)行中FeSQ補(bǔ)膜處理兩個(gè)月；1998年7月份又用銅 管預(yù)膜劑進(jìn)行補(bǔ)膜處理一個(gè)月；由于在 1998年9月份大

20、修時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)銅管內(nèi)表 面成膜不是很好，投運(yùn)后，于1998年10月份又進(jìn)行了一個(gè)月的FeSQ補(bǔ)膜處理， 1999年至今使用銅緩蝕劑造膜。綜上所述，由于在試運(yùn)前、后沒有進(jìn)行一次成 膜處理，盡管之后采取了一定的措施，先后用FeSQ和銅管預(yù)膜劑進(jìn)行了幾次補(bǔ)膜處理，但從檢查情況看，成膜不是很好，耐腐蝕性較差，因此，當(dāng)濃縮倍率過高，循環(huán)水水質(zhì)劣化時(shí)，不可避免的造成了凝汽器銅管的“嬰兒期”腐蝕。黃銅是銅鋅合金，按黃銅中含鋅量的不同，可有六種固溶體，實(shí)際使用的 只有a固溶體和a +B固溶體。a固溶體的含鋅量在39%下，凝汽器銅管的含鋅量為 2030%這種固溶 體是鋅在銅中的置換固溶體，具有良好的韌性與冷熱加工

21、性能。 含鋅量超過35% 時(shí)，在晶間可有B相出現(xiàn)，降低其耐蝕性，這種成份的黃銅管不宜作凝汽器管使 用。僅由銅鋅兩種元素組成的黃銅稱簡單黃銅，為提高其耐蝕能力，常加入第三種元素，稱特種黃銅，還可添加微量元素改善其耐蝕性能。 凝汽器管材中常添加 的元素是錫和鋁。加入鎳、錳、硅、硼也可起到提高抗蝕性能的作用。有些元素 加入黃銅后對a相區(qū)有放大或縮小作用，有的元素影響甚大。鋁和鋅這兩種元素 加入后都影響B(tài)相偏析，以鋁的影響最大。我國常用的黃銅凝汽器管牌號為：H68A黃銅、HSn70-1A加砷錫黃銅、HAI77-2A鋁黃銅。灤河發(fā)電廠#7機(jī)凝汽器說明書上說明#7機(jī)凝汽器使用的是 HSn 70-1A加砷錫

22、黃銅管。為了查明#7機(jī)凝汽器銅管材質(zhì)是否存在問題，灤河發(fā)電廠抽取 #7機(jī)凝汽器 不同部位管樣4根，庫存新管樣2根，送到國家有色金屬電子材料分析中心和華 北電力科學(xué)研究院進(jìn)行檢定。成份檢定結(jié)果為：庫存新管和#7機(jī)凝汽器上所抽舊管的含銅量在69.1469.70%之間，含錫量在0.981.08%之間，含砷量均在 0.0370.038%之間，含鎳量均在 0.240.28%之間，含鋅量均在 30%以下，HSn70-1A含砷錫黃銅管化學(xué)成份的要求，是HSn70-1A含砷錫黃銅管；金相分析 結(jié)果為：新舊管均為孿晶的a固溶體，晶粒度均在0.010.05mm范圍內(nèi)，可見 新舊管的金相組織也合格。從上可以斷定灤電

23、所用HSn70-1A銅管沒有質(zhì)量問題。我們知道，HSn70-1A銅管在淡水中可廣范應(yīng)用，在 pH為7.58.5的清潔 淡水耐蝕性良好，水的溶解固形物可允許略微超過 1000mg/L,氯離子可允許略微 超過150mg/L。我國大部分的天然水溶解固形物低于 300 mg/L，當(dāng)采用循環(huán)冷卻 方式時(shí)，水的濃縮倍率不超過 3.5倍，可以使用HSn70-1A銅管。缺水地區(qū)水質(zhì) 惡劣而且要求濃縮倍率高，至使循環(huán)水溶解固形物含量經(jīng)常超過1500mg/L，循環(huán)水氯離子含量經(jīng)常超過150mg/L，該管材就難以適用。就灤電來說，由于地下 水水位下降，地下水水質(zhì)劣化，循環(huán)水的補(bǔ)充水的溶解固形物含量已達(dá)400800m

24、g/L，并變化頻繁；另外，這些年由于缺水，循環(huán)水補(bǔ)不上水，#7機(jī)循環(huán)水的濃縮倍率常超過3.5倍，有時(shí)高達(dá)7.4倍。因此，很多時(shí)候循環(huán)水溶解固形物 含量已經(jīng)超過了 1500mg/L，循環(huán)水氯離子含量已經(jīng)超過了 150mg/L，從而造成了 銅管的腐蝕。流速：循環(huán)水流速不均勻，流速低的部位，結(jié)垢的可能性大，流速大的部 位，造成沖刷腐蝕的可能性大。據(jù)此分析，甲側(cè)很可能流速較低，導(dǎo)致污堵和結(jié) 垢，從而造成沉積物下的腐蝕。沉積物影響：沉積物下的腐蝕是銅管腐蝕的最主要形態(tài)之一。沉積物下腐蝕的形貌通常是表面為綠色的隆起殼狀物，下面是點(diǎn)狀或半球狀點(diǎn)蝕。灤電#7機(jī)在每次檢查中，都發(fā)現(xiàn)銅管內(nèi)沉積物較多。沉積物多，造

25、成沉積物下的腐蝕。從抽管管樣上看到的那些大的腐蝕坑基本上都屬于沉積物下腐蝕。凝汽器水側(cè)污垢的形成及危害污垢的形成及特性污垢的形成是一種極其復(fù)雜的熱量、動量、和質(zhì)量交換過程，而且污染現(xiàn)象 遍及自然過程。電廠多采用井水、河水作為循環(huán)水，水中含有能溶解在水中的鹽 類、灰塵、泥砂、微生物等雜質(zhì)，而敞開式循環(huán)水系統(tǒng)的冷卻水由于蒸發(fā)損失、 風(fēng)吹損失等不斷濃縮。灤河發(fā)電廠循環(huán)水補(bǔ)水采用的是地下深井水，近年來由于地下水位下降，水質(zhì)惡化嚴(yán)重，而且水量減少，有很長一段時(shí)間，從電廠的幾臺 深井中抽上來的水都含有泥沙，補(bǔ)到循環(huán)水中勢必會增加循環(huán)水中的泥沙含量， 污堵銅管。雖然系統(tǒng)中有多層濾網(wǎng)，但還會不可避免地會有一些

26、細(xì)小的污物隨循 環(huán)水被帶入凝汽器銅管中；另外，循環(huán)水補(bǔ)水硬度增加明顯，增大了循環(huán)水在凝 汽器銅管中的結(jié)垢趨勢。雖然循環(huán)水中都采取加阻垢劑的辦法，但綜合上述兩種 原因，銅管內(nèi)形成污垢也是不可避免的。 一般來說，凝汽器銅管水側(cè)污垢可以粗 略按沉積物的形成機(jī)理分為三大類：水垢、污垢、生物黏泥，詳見表 1。表1污垢的分類及其危害分類來源特性危害水垢敞開式循環(huán)水系統(tǒng)中水垢的主 要成分為CaC03，來源于Ca(HCO3)2的受熱分解及 CO2 的散失。余量為銅、鐵等腐蝕產(chǎn) 物泥渣沉積物堅(jiān)硬、致密不易清 除，一般需采用化 學(xué)清洗方式除垢冷卻效率降低、真空下 降、端差上漲、負(fù)荷降低， 且易產(chǎn)生垢下腐蝕污垢空氣

27、及補(bǔ)充水中雜質(zhì)、灰塵、泥 砂、微生物群體，以及金屬腐蝕 產(chǎn)物的沉積疏松，用機(jī)械方法 可清除危害小于水垢，但能加速 水垢的生成和引起管端 沖刷腐蝕生物黏泥菌藻類的繁殖、滋生、新陳代謝 產(chǎn)生的分泌物及微生物殘骸松軟，用高壓水可 清除冷卻效率降低、真空下 降、端差上漲，易產(chǎn)生黏 泥下腐蝕 污垢的危害循環(huán)水在凝汽器銅管內(nèi)流動，吸收大量的熱量，保證了汽輪機(jī)的正常運(yùn)行。 工業(yè)換熱器內(nèi)，一般管內(nèi)流體的流動總是處于旺盛湍流狀態(tài)。 根據(jù)管內(nèi)受迫流動 換熱理論，液體在管道內(nèi)流動分為層流邊界層、 過渡流層、紊流區(qū)三種基本現(xiàn)象, 并由于流體的粘性而具有不同的流動速度，見圖五。層流邊界層是貼附于管壁的 一層，流速非常緩

28、慢，水中的 CaC03等污垢最易滯留在管內(nèi)壁上形成污垢；并 且，層流邊界層雖然很薄，但僅靠導(dǎo)熱換熱，熱阻很大，影響傳熱效果。圖五管內(nèi)流動情況及速度分布污垢的導(dǎo)熱系數(shù)很小，大大地增加了傳熱熱阻，造成傳熱系數(shù)降低，使循環(huán) 冷卻水吸熱不良，減緩了排汽的凝結(jié)速度，致使排汽壓力升高、排汽溫度升高。 而排汽溫度的升高又導(dǎo)致有更多的熱量需要冷卻水帶走， 使循環(huán)冷卻水溫度升得 很快。冷卻水溫度升高后又進(jìn)一步惡化真空，形成惡性循環(huán)。表面上看很容易判 斷為是由于冷卻塔冷卻效果不良所致，其實(shí)冷卻水溫度高的原因在冷卻塔冷卻效 果一定的情況下是凝汽器真空低直接導(dǎo)致。水側(cè)污垢不僅使凝汽器清潔率下降和 冷卻面積減少，還改變

29、了冷卻水流量。所以，凝汽器水側(cè)污垢是導(dǎo)致真空惡化的 最主要的原因真空降低使蒸汽的有效焓降減小，會影響汽輪機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。 電站凝汽器一般運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：凝汽器真空每下降1kPa,汽輪機(jī)汽耗會增加1.5%2.5%;真空過低時(shí)會限制機(jī)組出力，嚴(yán)重時(shí)要停機(jī)清洗，影響汽輪機(jī)組 的經(jīng)濟(jì)效益。而且，真空過低，會使低壓缸、排汽缸溫度升高，引起汽輪機(jī)軸承 中心偏移，嚴(yán)重時(shí)會增大汽輪機(jī)組的振動；當(dāng)真空降低時(shí)，為保證機(jī)組出力不變， 必須增加蒸汽流量，從而導(dǎo)致軸向推力增大，使推力軸承過負(fù)荷，影響汽輪機(jī)組 的安全運(yùn)行。同時(shí)，沉積物下腐蝕是凝汽器銅管腐蝕的主要形態(tài)。沉積物造成銅管表面不 同部位上的供氧差異和介質(zhì)

30、濃度差異會導(dǎo)致局部腐蝕。銅被氧化生成的Cu2+及Cu+離子傾向于水解生成氧化亞銅，并使溶液局部酸化，加劇了腐蝕的發(fā)展，嚴(yán) 重時(shí)造成針型腐蝕穿孔，導(dǎo)致銅管及管板泄漏，威脅著發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，也 直接影響發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。并且，凝汽器銅管內(nèi)壁形成污垢的速度很快， 根據(jù)相關(guān)資料，凝汽器銅管清 掃24h后，清潔系數(shù)從1.0變?yōu)?.692,實(shí)際傳熱系數(shù)由2.93kW/（m2C ）降到1.98 kW/（m2C）,致使排汽溫度從31.5C上升到35.5C。而0.1mm厚污垢的熱阻足 以讓1mm厚的銅管的導(dǎo)熱熱阻被忽略不計(jì)。如此短的積垢時(shí)間和低的傳熱效率， 導(dǎo)致凝汽器長期處于低效率運(yùn)行中。隨著傳熱技術(shù)的發(fā)展

31、，污垢已經(jīng)日益成為強(qiáng)化傳熱的主要障礙之一。 一般采 取縮短凝汽器清洗周期的方法來提高傳熱性能。膠球沖洗：膠球投入不正常。由于開始膠球系統(tǒng)治理上存在一定問題，沒有引起足夠重視，膠球泵出口長期管堵沒有得到及時(shí)治理；另外銅管泄漏時(shí)需要叫鋸末臨時(shí)堵漏，為不影響堵漏效果，膠球就需要停運(yùn)，因此，#7機(jī)膠球系統(tǒng)有一段時(shí)間沒能投入運(yùn)行。膠球投不好，淤泥沉積多，可能造成沉積物下的腐蝕， 這已從檢修中凝汽器銅管的檢查得到了證實(shí)。停運(yùn)腐蝕：灤河發(fā)電廠在機(jī)組停運(yùn)時(shí)，沒有按停用保護(hù)的要求進(jìn)行凝汽器的停用保護(hù)，即：停機(jī)時(shí)，循環(huán)水泵停止了運(yùn)行，有時(shí)沒有將凝汽器里的循環(huán)水 放掉，也沒有用清水進(jìn)行沖洗及打開人孔進(jìn)行通風(fēng)干燥，這

32、就有可能造成停運(yùn)腐蝕?？粘閰^(qū)銅管汽側(cè)氨蝕：我查閱了相關(guān)資料，并詢問權(quán)威部門及幾家兄弟廠，均認(rèn)為空抽區(qū)布置在中間的凝汽器結(jié)構(gòu)容易引起銅管汽側(cè)氨蝕，因?yàn)榭粘閰^(qū)布置在中間時(shí)，凝汽器所抽出的空氣混合物中，蒸汽量少，而且?guī)ё叩哪Y(jié)水滴量很 少，其含氨量相當(dāng)高，盡管后來給水pH值控制在8.89.0之間，含氨量控制在 0.6mg/L以下，均為低限，但是由于凝汽器的特殊結(jié)垢，之前發(fā)生的氨蝕已不可 避免。6 應(yīng)采取的措施根據(jù)灤電銅管腐蝕情況調(diào)查及原因分析，說明灤電#7機(jī)凝汽器銅管腐蝕比較嚴(yán)重。為盡快終止或減緩這一腐蝕，應(yīng)采取以下措施。加強(qiáng)水穩(wěn)劑的入廠驗(yàn)收工作（送北京電力科學(xué)研究院），保證水穩(wěn)劑中固體 含量和緩蝕

33、劑含量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。保證循環(huán)水動態(tài)模擬試驗(yàn)要求的藥液濃度及春 夏季殺菌滅藻劑的加入量。由于#7機(jī)凝汽器所采用的HSn70-1A含砷錫黃銅管已不適應(yīng)灤河發(fā)電廠目前的循環(huán)水水質(zhì)要求，因此，在今后的檢修工作中，應(yīng)將#7機(jī)凝汽器銅管逐步更換為HSn70-1B銅管（允許循環(huán)水溶解固形物含量達(dá) 3500mg/L,循環(huán)水氯離子 含量達(dá)400mg/L）,將空抽區(qū)銅管更換為耐氨蝕的 BFe30-1-1白銅管，以便提高 耐蝕性，從而減緩凝汽器銅管的腐蝕，保證 #7機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。另外相關(guān) 人員更換銅管時(shí)要按要求進(jìn)行，并保證脹管質(zhì)量等。嚴(yán)格控制循環(huán)水的濃縮倍率，使之控制在所加的水穩(wěn)劑所要求控制的濃縮 倍率之內(nèi)。

34、必要時(shí)加硫酸降低循環(huán)水中碳酸氫鹽堿度，降低循環(huán)水結(jié)垢趨勢。由于循環(huán)水在凝汽器銅管內(nèi)的流速的高低對凝汽器銅管的結(jié)垢腐蝕影響較大，因此應(yīng)盡快測試凝汽器銅管內(nèi)的循環(huán)水流速（應(yīng)不低于 1m/s）,以便及時(shí)調(diào) 整和處理。并根據(jù)情況清理循環(huán)水水池，保證循環(huán)水清潔性，防止銅管內(nèi)沉積雜 物及淤泥。加強(qiáng)膠球投入率和回收率，保證投運(yùn)正常。加強(qiáng)管理和考核，保證膠球的 投入效果。保證二次濾網(wǎng)的檢修質(zhì)量，提高二次濾網(wǎng)的過濾效果。大、小修時(shí)， 一定要清除掉銅管端頭及管內(nèi)的沉積物?？傊?，要盡力減少銅管內(nèi)的沉積物。做好循環(huán)水泵停運(yùn)時(shí)銅管的防腐工作。循環(huán)水停運(yùn)超過三天，應(yīng)放凈凝汽器里的循環(huán)水；超過六天，不但要放凈凝汽器里的循環(huán)

35、水，還要用清水沖洗干凈， 再通風(fēng)干燥，減緩#7機(jī)凝汽器銅管的停運(yùn)腐蝕，保證#7機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為控制銅管點(diǎn)蝕的繼續(xù)發(fā)展，應(yīng)盡快加大循環(huán)水的緩蝕劑添加量，使循環(huán)水中緩蝕劑含量達(dá)到0.81.0 mg/L以上。如果水穩(wěn)劑中的緩蝕劑含量提高到最 大量仍不能滿足這一指標(biāo)要求，可單獨(dú)連續(xù)往循環(huán)水中添加緩蝕劑，以補(bǔ)充循環(huán)水中緩蝕劑含量的不足，從而減緩#7機(jī)凝汽器銅管的腐蝕，保證#7機(jī)組的安全 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。結(jié)論：經(jīng)過對#7機(jī)凝汽器的一系列治理，后續(xù)又更換了許多 HSn70-1B銅 管，并根據(jù)情況清理了幾次循環(huán)水池；加強(qiáng)了循環(huán)水濃縮倍率和硬度、堿度等主 要指標(biāo)的監(jiān)測；保證了膠球的正常投運(yùn)等，灤電 #7機(jī)銅管腐

36、蝕泄漏情況得到了 緩解。記得有位資深的電廠化學(xué)專業(yè)專家說過，化學(xué)專業(yè)人員由自身的工作經(jīng)驗(yàn)中 得出的共識是：要想搞好鍋爐機(jī)組防腐垢，必須抓好凝汽器防漏工作。而對于沒 有凝結(jié)水精處理設(shè)備的機(jī)組，防止凝汽器銅管腐蝕泄漏就顯得更為重要。為徹底消除銅管容易腐蝕泄漏的問題，化學(xué)專業(yè)和汽機(jī)專業(yè)又共同制定了方 案，還專門就空抽區(qū)銅管更換問題制定了如下建議：我廠#6、#7機(jī)組為100MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，#6機(jī)組為1993年11月 投產(chǎn)，#7機(jī)組1997年8月投產(chǎn)，兩臺機(jī)組凝汽器空冷區(qū)均布置在凝汽器中間部 位。#6、#7機(jī)組凝汽器銅管近些年頻繁發(fā)生泄漏，機(jī)組運(yùn)行時(shí)汽機(jī)專業(yè)采用臨 時(shí)加鋸末和凝汽器半面隔絕查漏堵

37、漏的辦法使凝結(jié)水水質(zhì)盡快恢復(fù)正常，后在機(jī)組檢修中抽管檢查發(fā)現(xiàn)，空抽區(qū)銅管汽側(cè)有氨蝕現(xiàn)象發(fā)生。#6、7機(jī)組凝汽器設(shè)計(jì)安裝銅管為HSn70-1A黃銅管，后逐步更換為HSn70-1B黃銅管。據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)火力發(fā)電廠凝汽器管選材導(dǎo)則DL/T 712-2000中要求：在選用凝汽器銅合金管時(shí)，對空抽區(qū)布置在中間部位的凝汽器以及空抽區(qū)銅管已 有氨蝕的凝汽器。其空抽宜采用白銅管：BFe10-1-1、BFe30-1-1或不銹鋼管。另外經(jīng)查閱相關(guān)資料，并詢問權(quán)威部門及幾家兄弟廠，均認(rèn)為空抽區(qū)布置在中間的凝汽器結(jié)構(gòu)容易引起銅管汽側(cè)氨蝕，因?yàn)榭粘閰^(qū)布置在中間時(shí)，凝汽器所抽出的空氣混合物中，蒸汽量少，而且?guī)ё叩哪Y(jié)水滴

38、量很少，其含氨量相當(dāng) 高，盡管后來給水pH值控制在8.89.0之間，含氨量控制在0.6mg/L以下，均 為低限，但是由于凝汽器的特殊結(jié)垢，之前發(fā)生的氨蝕已不可避免。白銅管增加了鎳的含量（9%11%）,提高了銅管耐氨蝕能力。根據(jù)性價(jià)比 綜合因素考慮，更換為 BFe10-1-1即可滿足生產(chǎn)要求。#7機(jī)凝汽器使用的是 HSn 70-1A黃銅管，后雖逐步更換為HSn 70-1B黃銅管，含硼，增加了銅管耐腐蝕 和耐沖刷性能，但并未提高銅管耐氨蝕性能。我廠#6機(jī)組2004年11月更換全部空抽區(qū)銅管；2006年4月又將空抽區(qū)銅 管按空抽區(qū)中心放射狀向外擴(kuò)散，更換了大部分空抽區(qū)銅管。同樣#7機(jī)組2003年大面

39、積更換空抽區(qū)銅管，2006年銅管泄漏頻繁，利用機(jī)組中修機(jī)會更換了全 部空抽區(qū)銅管。由于考慮費(fèi)用問題，更換的新銅管仍為原型號銅管。針對我廠目前凝汽器空抽區(qū)銅管存在氨蝕的事實(shí)，100MW空抽區(qū)銅管共1200根，按照23年更換一半（600根）計(jì)算，普通 HSn70-1B約200元/根， 一次花費(fèi)約10萬多元，根據(jù)氨蝕特點(diǎn)，23年銅管就會因氨蝕穿透，頻繁大面 積換管勢必造成人力和物力的浪費(fèi)，同時(shí)還給機(jī)組帶來不利影響，因此從長遠(yuǎn) 考慮我們應(yīng)該利用機(jī)組大修機(jī)會將空抽區(qū)銅管全部更換為耐氨蝕的白銅管，這 樣可以一勞永逸，保證安全生產(chǎn)。通過咨詢更換兩側(cè)空抽區(qū)銅管共約需費(fèi)用80萬元?！庇捎诎足~管比普通黃銅管貴很多

40、， 廠里因資金問題而一直未實(shí)施此建議。如今事物都在不斷地發(fā)展，市場上各種銅材質(zhì)價(jià)格發(fā)生上漲趨勢，算下來 使用銅材料已不如不銹鋼材料經(jīng)濟(jì)，因此，我們又著手調(diào)查不銹鋼管的情況。7不銹鋼管凝汽器的發(fā)展及其趨勢凝汽器是汽輪發(fā)電機(jī)組的重要輔機(jī)之一，它的性能好壞直接影響機(jī)組的運(yùn) 行。而它的主要傳熱組件冷卻管是凝汽器的最重要部分，價(jià)格占其總價(jià)的一半以上，因此，冷卻管的選材和選型是凝汽器的設(shè)計(jì)關(guān)鍵。早在1958年7月，美國西弗吉河谷電站投運(yùn)了世界上第一臺冷卻面積為 5109m2的不銹鋼管凝汽器，隨后日本、歐洲等主要的制造商也開始仿效， 根據(jù)不 同水質(zhì)及含CL-濃度不同，采用了不同牌號的不銹鋼管作為凝汽器的冷卻

41、管。據(jù) 介紹1965年至1971年安裝和訂貨的凝汽器，在江湖塔式冷卻系統(tǒng)中，采用不銹 鋼管材占20.9%。此后，傳統(tǒng)上廣泛使用的海軍銅管從 50%比例降至30%左右。 國內(nèi)大型型機(jī)組大規(guī)模發(fā)展在 80年代末，許多電廠開始安裝在 300MV機(jī)組上。 如，上安電廠、邯鄲電廠和七臺河電廠等。由于我國使用不銹鋼管凝汽器起步比國外晚了 30年左右，人們對此的認(rèn)識 也不廣泛，盡管不銹鋼管材以其抗腐蝕性能強(qiáng)，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)為實(shí)踐所證實(shí)， 但其因?qū)嵯禂?shù)小于銅管而使理論總體傳熱系數(shù)比銅管小了6% （實(shí)際上長期運(yùn)行的總體傳熱系數(shù)優(yōu)于銅管），加之人們對脹管及保養(yǎng)知之不多， 以及進(jìn)口管材 價(jià)格太高，很少有人愿意冒

42、險(xiǎn)使用它。因此，到目前為止，除了少數(shù)300MV機(jī)組 采用外，絕大多數(shù)300MV機(jī)組及幾乎所有50MW100MW125MW200MV機(jī)組仍然 采用的是銅管，少量采用鈦管。那么，人們自然會聯(lián)想，有沒有一種冷卻管，它 既有抗腐蝕性能強(qiáng)，使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)，又有傳熱系數(shù)高，安裝方便可靠的優(yōu)點(diǎn)， 并且造價(jià)與銅管相近或略低。自90年代初，一些不銹鋼材料廠家就開始在這方面研究和試驗(yàn)，從理論上，應(yīng)用其螺旋槽管傳熱理論，結(jié)合具體情況，反復(fù)論證和試驗(yàn)，優(yōu)化出系列冷卻管 型線來適應(yīng)于各種不同的場合。理想的冷卻管凝汽器高效不銹鋼波螺焊管凝汽器 應(yīng)運(yùn)而生，其無法比擬的優(yōu)越性能被實(shí)踐廣泛的證實(shí)， 用戶反映普遍較好。如今 許

43、多新建的大型發(fā)火力發(fā)電廠，如300MV和600MV機(jī)組凝汽器冷卻管材從原始設(shè) 計(jì)就是用不銹鋼管，灤河發(fā)電廠現(xiàn)在正新建的兩臺330MV機(jī)組凝汽器冷卻管材選 用的就是不銹鋼管。8不銹鋼管的優(yōu)勢不銹鋼管的化學(xué)成分表二不銹鋼管的化學(xué)成分序 號材料化學(xué)成分%CSiMnPSNiCrMo1304 0.08 1.00 2.00 0.035 0.038.0010.518.0020.002304L 0.03 1.00 2.00 0.035 0.039.0013.018.0020.003316 0.08 1.00 2.00 0.035 0.0310.014.016.0018.002.003.004316L 0.03

44、 1.00 2.00 0.035 0.0310.014.016.0018.002.003.005317 0.08 1.00 2.00 0.035 0.0311.015.018.0020.003.004.006317L 0.03 1.00 2.00 0.035 205 520 352304L 180 480 353316 205 520 354316L 180 480 355317 205 520 356317L 177 480 35價(jià)格優(yōu)勢：鑒于上述原因，我認(rèn)為由于銅管的缺點(diǎn)較多，加上現(xiàn)在市場上 銅材料漲價(jià)因素，有必要將銅管改為不銹鋼管，因?yàn)闈M足同樣換熱要求的一臺設(shè) 備，不銹鋼強(qiáng)化管的用量只有

45、銅管用量的 60%,因此總價(jià)一般不會超過銅管，（經(jīng) 過調(diào)查，現(xiàn)普通黃銅管價(jià)錢大約6500元/噸；不銹鋼螺紋管約為3500元/噸，見 表四）。而且不銹鋼強(qiáng)化管的使用壽命是銅管的 3倍，因此年平均成本只相當(dāng)于 銅管的15%。零投資改造就是不掏一分錢，用原來舊銅管換回一臺凝汽器所需 要的新不銹鋼擾流管。因?yàn)殂~管用量比不銹鋼管多約40%,加上廢銅價(jià)格近來上漲很大，如果能把握好市場時(shí)機(jī)，巧妙地打價(jià)格差，零投資改造是完全可能的。表四8月15日北京市場螺旋管價(jià)格行情品名規(guī)格材質(zhì)鋼廠/產(chǎn)地價(jià)格（元/噸）螺旋管219 630*6 8Q235天津/滄州3350螺旋管377 630*9 10Q235天津/滄州335

46、0螺旋管720 920*7 8Q235天津/滄州3450螺旋管1020 1420*9-10Q235天津/滄州3550結(jié)構(gòu)優(yōu)勢：凝汽器的傳熱阻力主要由四部分構(gòu)成：對流放熱熱阻+污垢熱 阻+管壁導(dǎo)熱熱阻+凝結(jié)放熱熱阻， 而管壁導(dǎo)熱熱阻僅占5%左右，起決定性作 用的是污垢熱阻和對流放熱熱阻和凝結(jié)熱阻 （見圖六）。多向擾流強(qiáng)化換熱管（即 雙螺紋管）采用了類似平板換熱器的三維強(qiáng)化換熱結(jié)構(gòu)，既具有螺旋槽管的漩流 強(qiáng)化作用，又具有橫紋管的渦流強(qiáng)化換熱效果，而且其換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)參數(shù)正好擷 取兩種情況的最優(yōu)值而又避免了各自的缺點(diǎn)，使得管內(nèi)對流換熱系數(shù)大幅度提 高；管外壁的菱形花紋能有效地阻止凝結(jié)水膜的形成，變低效

47、的膜狀凝結(jié)為高效的珠狀凝結(jié)，因此凝結(jié)放熱系數(shù)得以提升；此外，不銹鋼的清潔系數(shù)是銅管的 1.29倍,污垢熱阻大大減小。不銹鋼多向擾流管使凝汽器中占主導(dǎo)作用的三大熱 阻（污垢熱阻、凝結(jié)熱阻、對流熱阻）顯著降低，與銅管相比，總體傳熱熱阻得 到大幅下降，電廠凝汽器現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)計(jì)算表明傳熱系數(shù)比銅管高13倍。圖六銅管與不銹鋼管熱阻圖凝結(jié)熱俎污垢熱阻|對流熱阻銅管多向聽蠶管凝結(jié)熱阻防垢和阻垢優(yōu)勢：冷凝器上的沉積物分為軟垢（或稱污垢）和硬垢（或稱 水垢），其中危害最大且最難對付的就是硬垢。 硬垢的主要成分是水中溶解的重 碳酸鹽遇熱分解生成的微溶性碳酸鈣和磷酸鈣。 碳酸鈣和磷酸鈣的溶解度與一般 的鹽類不同，它

48、們的溶解度隨溫度的升高而降低，日常燒水的壺結(jié)垢就是這個(gè)道 理。水溫每升高1C,碳酸鈣的溶解度下降約10mg/L,而循環(huán)水中最容易沉積在 冷凝管表面的水垢主要是碳酸鈣。一般在管壁附近由于存在著一層相對靜止的附 面層，附面層由于緊貼管壁，因此溫度較高，壁溫的變化可導(dǎo)致附面層中原先不 飽和的碳酸鈣變?yōu)轱柡突虺柡?，水中達(dá)到飽和、超飽和后的碳酸鈣遇到溫度較 高的管壁，沿管壁析出并沉積而形成硬垢。通過降低汽輪機(jī)排汽溫度是控制硬垢產(chǎn)生的一種有效手段。要降低汽輪 機(jī)排汽溫度，關(guān)鍵是提高凝汽器的傳熱能力；如果凝汽器傳熱能力不足，會導(dǎo)致 排汽溫度上升、排汽溫度上升導(dǎo)致硬垢析出、硬垢析出進(jìn)一步導(dǎo)致傳熱能力降低，

49、從而形成惡性循環(huán)。河北工業(yè)大學(xué)熱能工程專業(yè)本科畢業(yè)論文第 頁共28頁河北工業(yè)大學(xué)熱能工程專業(yè)本科畢業(yè)論文第i 頁共28頁采用專利產(chǎn)品不銹鋼多向擾流強(qiáng)化換熱管取代原來的銅管，通過降低凝 汽器中的三大熱阻，能有效提高凝汽器的傳熱能力，從而降低汽輪機(jī)排汽溫度， 從硬垢析出的源頭防止硬垢的形成。另外，由于硬垢的形成與冷卻水與管壁之間 的附面層的厚薄有關(guān)，不銹鋼多向擾流強(qiáng)化換熱管的擾流線能在管內(nèi)產(chǎn)生漩流和 渦流，從而有效地消除或減薄附面層，因而進(jìn)一步降低硬垢形成的幾率。從除垢機(jī)理來說，擾流管的擾流線能形成對硬垢的軸向和周向分割，使 之呈離散的鱗片狀，由于硬垢與不銹鋼之間膨脹系數(shù)的巨大差異，與普通光管內(nèi)均

50、勻膜片狀硬垢相比，擾流管內(nèi)的硬垢更容易松脫，為除垢創(chuàng)造了良好的條件。此外，如同冷凝管入口處由于擾動強(qiáng)烈不易結(jié)垢的道理一樣，在漩流和 渦流的作用下，水流會在擾流管的菱形花紋的菱角處形成對污垢的沖蝕作用，產(chǎn)生自潔功能。這樣就比內(nèi)表面光滑的銅管在防垢上具有優(yōu)勢。自潔作用是指借助凝汽器循環(huán)冷卻水的沖蝕機(jī)理對污垢產(chǎn)生清除作用， 水流流速越高沖蝕作用越強(qiáng)；不銹鋼多向擾流強(qiáng)化換熱管通過管壁的左右螺旋交 叉形成的菱形花紋對污垢形成鱗片狀分割， 從交叉點(diǎn)產(chǎn)生沖蝕，使得污垢在水流 作用下自動清除，如同冷凝管入口處由于擾動強(qiáng)烈不易結(jié)垢的道理一樣。采用銅 合金管、不銹鋼光管、不銹鋼單向螺紋管的凝汽器往往每三個(gè)月清洗一

51、次才能保 證一定的傳熱效率，而采用不銹鋼多向擾流強(qiáng)化換熱管的凝汽器據(jù)說在某個(gè)熱電 廠創(chuàng)造了投運(yùn)至今22個(gè)月的免清洗記錄。不銹鋼管的延展性好，經(jīng)過良好熱處理的不銹鋼管的延伸率大于 45%,脹 管性能非常好，由于不銹鋼的彈性模量比黃銅大很多， 因此脹管后的貼脹力比銅 管高很多倍，密封性比黃銅管好得多。由于不銹鋼的彈性模量與銅相差很遠(yuǎn)，因此按一般脹管儀上的標(biāo)識去操 作會存在很大誤差，多半會產(chǎn)生過脹，從而給應(yīng)力腐蝕留下后患。為了避免應(yīng)力 腐蝕，在脹管時(shí)應(yīng)掌握好脹緊度，使之既不過脹也不欠脹。脹緊度p用下式表 示：p =( A(Si)/doX 100%, p的取值范圍為由管材決定。 d=d-disi=do

52、-d2式中：(!脹接引起不銹鋼管內(nèi)徑的增加值； si -管孔直徑與脹接前不銹鋼管外徑差； di 不銹鋼管內(nèi)徑，mm； di脹接后不銹鋼管內(nèi)徑，mm ； d2不銹鋼管外徑，mm；do管孔直徑，mm。月的免根據(jù)大多數(shù)人的常識，強(qiáng)化管的凸筋容易引起結(jié)垢。事實(shí)上，強(qiáng)化管和光 管的結(jié)垢對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)強(qiáng)化管結(jié)垢情況居然比光管輕得多， 對于這種現(xiàn)象可以從 以下幾個(gè)方面加以解釋：a由于多向擾流強(qiáng)化換熱管高效換熱特性能有效地降 低汽輪機(jī)的排汽溫度，因此冷凝管壁溫也相應(yīng)降低，我們知道，冷凝管結(jié)垢最可 怕的是碳酸鈣垢，而碳酸鈣的溶解度是隨溫度的降低而升高的， 因此冷凝管壁溫 度的降低能有效地防止碳酸鈣垢的沉積；b、凸

53、筋引起的紊流破壞了靜止的附面 層，因而污垢難于附著；c、即使有污垢附著，凸筋使污垢呈離散的鱗片狀，由 于污垢與不銹鋼的脹差巨大而引起剝離， 在水流的沖擊下自行脫落。檢修過凝汽 器的人都知道，積垢最多的是凝汽器的蓋板、管板等水速近乎靜止的地方；而最 不易積垢的地方就是管子的入口處，由于入口效應(yīng)使得這里的水流湍急，不存在 靜止的附面層，因此污垢難于附著。多向擾流強(qiáng)化換熱管交叉的凸筋能在管子的 中部形成類似的入口效應(yīng)，徹底破壞管壁靜止的附面層，因此結(jié)垢情況比光管還 輕。不銹鋼多向擾流強(qiáng)化換熱管（雙螺紋管）采用的左旋和右旋結(jié)合的網(wǎng)狀螺 旋結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的單螺旋管有本質(zhì)區(qū)別（見表五）。管子的疲勞斷裂往往是

54、由于 振動而產(chǎn)生。不銹鋼多向擾流強(qiáng)化換熱管的網(wǎng)狀的螺旋結(jié)構(gòu)， 避免了單向螺旋槽 的彈簧效應(yīng)而產(chǎn)生的剛度削弱，交叉的網(wǎng)狀螺旋槽相當(dāng)于工字鋼的強(qiáng)化筋， 同時(shí) 增加了管子的徑向剛度和軸向剛度，因而抗振能力得以提升；此外，多向擾流管 螺旋槽的深度只有單向螺旋槽管的1/3。綜合而言，多向擾流管抗疲勞斷裂的能 力比光管還高。表五 不銹鋼多向擾流強(qiáng)化換熱管與單螺紋管的比較序號比較項(xiàng)目雙螺紋管單螺紋管1換熱效率高一般2應(yīng)力腐蝕無有3抗振能力強(qiáng)弱4流動阻力小大5螺紋角與螺紋節(jié)距優(yōu)化能否6污垢清洗容易較難7自潔功能有無雙螺紋管換熱效率高，它兼有低速漩流和高速渦流雙重強(qiáng)化作用，單螺紋 管僅有低速漩流強(qiáng)化作用，而凝汽

55、器冷卻水雷諾數(shù)已達(dá)數(shù)萬，不存在低速漩流， 所以單螺紋管在凝汽器中的強(qiáng)化換熱作用非常微弱 。雙螺紋管槽深淺、應(yīng)力小，不會造成應(yīng)力腐蝕，而單螺紋管為了達(dá)到強(qiáng)化換熱目的不得不采用更深的螺紋和更密的螺紋節(jié)距，從而造成冷加工應(yīng)力，為應(yīng)力腐蝕留下后患，國內(nèi)多家電廠出現(xiàn)過由于應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生的波螺管斷裂事故。8.11雙螺紋管剛度高，抗振性能好；雙螺紋管由于左右螺旋交叉成網(wǎng)狀， 對管 子的軸向和徑向剛度都起到了加強(qiáng)作用，不像單螺旋管由于彈簧效應(yīng)削弱了管子 的軸向剛度，而軸向剛度對管子的抗振能力影響非常大。雙螺紋管流動阻力小，而單螺紋管由于螺紋深而密，流動阻力大。雙螺紋管最佳螺旋節(jié)距和螺旋角度容易匹配，而單螺紋管只

56、能二者選擇其 一進(jìn)行優(yōu)化。雙螺紋管除垢容易，而單螺紋管由于螺紋深而密，除垢困難。雙螺紋管的左右螺紋能將污垢分割成離散的鱗片狀， 水流在菱形尖角處行 成對污垢的沖蝕點(diǎn)，產(chǎn)生對污垢自動清除能力，即自潔作用；單螺紋管沒有自潔 能力。多向擾流強(qiáng)化換熱管（雙螺紋管）：特點(diǎn)為大升角淺螺紋、左旋和右旋交叉 產(chǎn)生漩流和渦流雙作用強(qiáng)化換熱。（單螺紋管與雙螺紋管外形見圖七、圖八）多向擾流強(qiáng)化換熱管（雙 圖七圖雙螺紋管點(diǎn)為大升角流和渦流雙作圖圖八圖單螺紋管現(xiàn)在市場上還出現(xiàn)了微電腦控制的多頭螺旋槽管和六頭多向擾流強(qiáng)化換熱 管軋管機(jī)，生產(chǎn)出三頭和三頭以上螺旋槽管和多向擾流強(qiáng)化換熱管。與單頭螺旋槽管相比，六頭多向擾流強(qiáng)化

57、換熱管具有更高的傳熱性能、更低的流動阻力和更好的抗振能力以及除垢功能。8.17不銹鋼不銹鋼多向擾流強(qiáng)化管與銅管的腐蝕與結(jié)垢情況對比（見圖十一）圖十一不銹鋼多向擾流強(qiáng)化管與銅管的腐蝕與結(jié)垢情況對比（上圖為內(nèi)壁對比，下圖為管口對比）8.18 多向擾流強(qiáng)化換熱管的“一高、一低、三抗”機(jī)理：高效換熱：如前面提到的，多向擾流強(qiáng)化換熱管（雙螺紋管）采用了類 似平板換熱器的三維強(qiáng)化換熱結(jié)構(gòu)，既具有螺旋槽管的漩流強(qiáng)化作用，又具有橫 紋管的渦流強(qiáng)化換熱效果，而且其換熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)參數(shù)正好擷趣兩種情況的最優(yōu)值 而又避免了各自的缺點(diǎn)，使得管內(nèi)對流換熱系數(shù)大幅度提高； 管外壁的菱形花紋 能有效地阻止凝結(jié)水膜的形成，變低效

58、的膜狀凝結(jié)為高效的珠狀凝結(jié)，因此凝結(jié)放熱系數(shù)得以提升；此外，不銹鋼的清潔系數(shù)是銅管的1.29倍，污垢熱阻大大減小。不銹鋼多向擾流管使凝汽器中占主導(dǎo)作用的三大熱阻（污垢熱阻、凝結(jié)熱阻、對流熱阻）顯著降低，與銅管相比，總體傳熱熱阻得到大幅下降，電廠凝汽 器現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)計(jì)算表明傳熱系數(shù)比銅管高 13倍。成本低：滿足同樣換熱要求的一臺設(shè)備，不銹鋼強(qiáng)化管的用量只有銅 管用量的60%，因此總價(jià)一般比銅管低，而且不銹鋼強(qiáng)化管的使用壽命是銅管 的3倍，加上運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，年平均成本只相當(dāng)于銅管的 15%左右?？菇Y(jié)垢：污垢的沉著與管壁附面層有關(guān)，三維擾流結(jié)構(gòu)徹底破壞了附面 層，因而污垢不易附著；此外網(wǎng)狀擾流結(jié)構(gòu)

59、使附著的污垢呈離散的鱗片狀分布，在熱脹差和水流的沖擊下很容易脫落，具有自潔作用?？垢g：換熱管的腐蝕主要是因?yàn)榉e垢而產(chǎn)生的垢下腐蝕，抗垢特性使 得垢下腐蝕減輕或不復(fù)存在，加之不銹鋼材料具有良好的抗腐蝕性能和耐沖蝕能 力，因而抗蝕能力大大提升?？拐瘢壕W(wǎng)狀三維結(jié)構(gòu)相當(dāng)于工字鋼的筋，加強(qiáng)了管子軸向和徑向剛度， 使得同樣壁厚的管子具有更高的剛度，抗振性能得以提高。9不銹鋼強(qiáng)化換熱管強(qiáng)化換熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化的定量與定性分析不銹鋼管換熱強(qiáng)化主要是通過在管壁輥軋螺紋槽來實(shí)現(xiàn)，而螺紋槽的深淺、 疏密、角度對換熱效果都有影響，下面就這些參數(shù)對換熱的影響進(jìn)行定性和定量 分析。定量分析：圖十二是通過計(jì)算機(jī)有限元換熱分析繪制

60、單螺紋管的換熱效果圖十二 單螺紋管的換熱效果圖圖中曲線是在某一特定流速下的計(jì)算結(jié)果， 曲線呈現(xiàn)出明顯的雙峰形態(tài)，結(jié)果顯 示當(dāng)螺旋角小于某一特定值時(shí)，換熱效率不僅沒有提高，反而會出現(xiàn)下降。這個(gè) 現(xiàn)象可以通過下面的定性分析進(jìn)一步說明。定性分析：通過兩種極端情況，即當(dāng)螺旋角趨向于0和等于90度時(shí)，我們可以很清楚地看出這種影響。當(dāng)螺旋角趨向于0時(shí)，密集的波紋相當(dāng)于增加了管 壁厚，減小了管徑，故換熱效率比光管還要低；當(dāng)螺旋角等于90度時(shí)，幾乎變成了光管，因而換熱系數(shù)也趨向于光管的換熱系數(shù)。當(dāng)螺旋角從90度向180度變化時(shí)，只是螺紋反向而已，因此形態(tài)與前段0 90度的曲線對稱。對于特定的 流速，都有一個(gè)最