论文凝汽器铜管

凝汽器冷却水管材质选择的探讨

[内容摘要] 本文对电厂凝汽器常用的两种冷却水管材质—铜管和不锈钢管，从材料性能、胀管方式和传热效果和经济性等方面进行比较。建议在编制凝汽器招标书时，根据火电厂的实际情况，选择最优的凝汽器冷却水管管材，保证电厂的长期安全、经济运行。

[关键词] 凝汽器，冷却水管，材质选择

凝汽器是凝汽式或抽汽凝汽式汽轮发电机组的重要辅机设备。凝汽器的运行情况的优劣直接影响到整个机组的正常运行。作为凝汽器的主要传热部件冷却水管的材质选择，显得尤为重要。

凝汽器冷却水管管材选择应遵循在采用一般维护措施的条件下，冷却水管应不出现严重的腐蚀、泄漏，尽量延长凝汽器使用寿命为原则。

首先讨论冷却水管腐蚀、泄漏的机理。

第一，胀口不严密或长期运行导致胀口破裂。

第二，汽流对冷却水管束的冲刷、振动和腐蚀。

在凝汽器水侧，管子端部可能会含有气泡和水中杂质颗粒对管道内壁进行冲刷；并且管子内壁产生结垢导致的垢下腐蚀。在凝汽器的空气冷却区内，由于积聚了一些不凝结气体，如氨气、氧气、二氧化碳等，对管子进行腐蚀。

在凝汽器汽侧，容易出现在凝汽器的上部，湿蒸汽对管外壁的冲刷；排汽夹带水滴高速通过管束引起管子的振动；由于疏水排放位置选择不合理，造成的管子的冲刷。

目前，国内主要采用的两种凝汽器冷却水管：铜管和不锈钢管。以下从材料性能、胀管方式和传热效果和经济性等方面对上述两种材质做详细地比较。

1．材料性能

国内外常用的铜管和不锈钢管的化学成分、物理和机械性能见下表1和表2。可以看出,不锈钢管从材料性能上有以下几个优点：1）不锈钢管材料的强度大于铜管，从而提高冷却水管在运行过程中对汽侧的高速蒸汽及水滴的抗冲击能力。2）不锈钢管的弹性模量大于铜管，表明其抗拉强度好，线膨胀系数低于普通铜管，减少来自内部的应力。3）由于不锈钢管的惯性矩和振动阻尼的数值均大于铜管，所以不锈钢管的抗振动特性在相同条件下优于铜管。4）不锈钢管抗结垢能力强，因为污垢层与不锈钢的热胀系数差别很大，当受热时，由于线型曲率变化不等而自动脱落。5）在凝汽器的空气冷却区内，经常积聚一些不凝气体，主要由氨气、二氧化碳等，铜管对氨气产生的腐蚀极为敏感，造成氨腐蚀。相反，不锈钢管抗氨腐蚀能力很强。

表1 冷却水管的牌号及机械、物理性能

牌号状态

机械性能物理性能

抗拉强度

σb

(MPa)

屈服强度

σs

(MPa)

延伸率

(%)

密度

ρ

(g/cm3)

弹性模量

E

(MPa)

线胀系数

αl

(⨯10-6)

导热率

(w/m.︒C)

H68A 半硬343 250 30

8.60 103000 19.9 123.4 软294 88 38

HSn70-1A 半硬343 290 30

8.63 107900 20.2 108.0 软294 98 38

Bre30-1-1 半硬491

-

6

8.94 137300 16.2 29.3 软373 23

Bfe10-1-1 半硬

275 - 28 8.94 117700 17.1 46.1 软

0Cr19Ni9 固溶520 210 40 8.1 198100 16.6 15.8 TP304

(美国)

固溶515 205 40 8.1 198000 16.6 15.8 X2NiCrMoCu25206

(德国)

固溶600~800 ≥300 ≥35 8.1 195000 17.8 14

表2 冷却水管的牌号及化学成分

牌号

主要成分% 杂质含量%

铜铝锡砷锌铅锑铋铁磷总和

H68A 67.0~

70.0

-- --

0.03~

0.06

余量0.03 0.005 0.002 0.10 0.01 0.3

HSn70-1A 69.0~

71.0

--

0.8~

1.3

0.03~

0.06

余量0.05 0.005 0.002 0.10 0.01 0.3 镍铁锰铜铅硫碘锌磷总和

BFe30-1-1 29.0~

33.0

0.5~

1.0

0.5~

1.2

余量0.03 0.01 0.05 0.5 0.006 0.1

BFe10-1-1 9.0~

11.0

1.0~

1.5

0.5~

1.0

余量0.03 0.01 0.05 0.5 0.006 0.1 碳≤硅≤锰≤磷≤硫≤镉铬钼铜氮其它

0Cr19Ni9 0.08 1.00 2.00 0.035 0.030 8.0~

10.5

18.0~

20.0

-- -- -- --

TP304 (美国) 0.08 0.75 2.00 0.04 0.03

8.0~

11.0

18.0~

20.0

-- -- -- --

X2NiCrMoCu25206

(德国) 0.02 0.7 2.0 0.045 0.030

24.0~

26.0

19.0~

21.0

4.5~

5.0

1.2~

1.7

0.04~

0.08

2．传热效果

表面式凝汽器的传热过程如下：冷却水管外表面的蒸汽凝结换热；通过管壁及污垢层的导热；以及管内冷却水的对流换热。当凝汽器冷却水管采用铜管时（以HSn-1A为例)，其导