60MW机组凝汽器换管分析报告(最终)

关于凝汽器换热管由黄铜管更换为不锈钢管

可行性分析报告

一、影响凝汽器换热效果的因素

根据美国热交换协会（HEI）标准曲线法，计算凝汽器总体传热系数（K）,公式如下

K=Cβtβmβc m V

式中K—总体传热系数

C—计算系数

βt—冷却水温度修正系数

βm—冷却管材料和壁厚修正系数

βc—清洁系数

Vm—冷却水流速，m/s

从以上公式中可看出，影响凝汽器总体传热系数（K）的因素包括冷却水温度、冷却管材质及壁厚、冷却管清洁度、冷却水流速等，如果更加细化，凝汽器传热则包括：蒸汽侧的凝结传热、管壁的热传导、水侧的对流换热等过程，虽然黄铜热传导性能较不锈钢材质好（HSn70-1热导率为167w/m·℃,TP316（L）热导率为13.4 w/m·℃），但管壁热阻只占总热阻的2%～5%，管材导热系数对总的传热效率影响很小，再加上不锈钢管内由于光洁度高长期使用不易结垢等因素，不锈钢光管在实际使用中的换热性能要优于铜管，故不存在换热性能降低的情况，反而由于壁薄增加换热面积，凝汽器换热性能更佳。

二、部分物理性能的比较

1.耐腐蚀性能

凝汽器换热管腐蚀种类主要有冲蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀、生物腐蚀及沉积物腐蚀、点蚀等。由于不锈钢强度较高，且在凝汽器工况条件下，由于温度较低，不锈钢一般无冲蚀和应力腐蚀。晶间腐蚀主要是由于制造加工工艺不当、晶界贫铬造成的，如果不锈钢管制造质量没问题，则发生晶间腐蚀的可能性较小。虽然铜离子有杀生作用，不锈钢管凝汽器生物繁殖的问题可能会比铜管严重，但循环水中加入有效地杀生剂，管子清洗工作做好，则生物腐蚀的矛盾也不突出。不锈钢管允许Cl-的浓度不大于1000 mg/l，要远远优于铜管要求的不大于400 mg/l。

2.强度及热膨胀系数

不锈钢管与黄铜管机械物理性能的比较

由表中可见，不锈钢热膨胀系数更接近碳钢（其热膨胀系数为12×10-6/℃），确保不锈钢管胀接的牢固，其抗振性能要高于原黄铜管。

三、经济性分析

1.提高循环水浓缩倍率的经济性分析

经查阅技术经济指标月报，山东魏桥创业集团有限公司热电厂2010年全年生水用水量为1152.8249万吨，现循环水浓缩倍率为3.3～3.5。

将凝汽器铜管换成TP316(L)不锈钢管后，考虑到发电机空冷器、主油箱冷油器及给水泵电机冷却器换热管是铜管，浓缩倍率不宜过高，如果浓缩倍率提至4.0，循环水中Cl-含量将达到520mg/L,经咨询水处理药剂生产厂家，在此Cl-含量下可以确保铜管的安全运行，但循环水处理药剂需重新招标。

在循环水系统，其水量平衡有以下关系：

P B=P Z+P F+P P

式中P B—补充水量占循环水量的百分率，%

P Z—蒸发损失水量占循环水量的百分率，%

P F—风吹、泄漏损失水量占循环水量的百分率，%

P P—排污损失水量占循环水量的百分率，%

其中

1）P Z=0.17△TX%

式中△T—冷却塔进、出水的温度差，℃

X—冷却系统中因蒸发而带走的热量与总热量的比值，夏季取1.0，冬

季取0.5，春秋季取0.75，△T取8℃

P Z最大值为1.36%（夏季），最小值为0.68%（冬季）

2）P F自然通风冷却塔取0.5～1.0%

3）由于循环水的浓缩倍率与排污损失水量成反比，浓缩倍率越高，排污损失水量越小，而凉水塔的蒸发损失和风吹泄漏损失与循环水的浓缩倍率关系不大，

主要与气候条件关系密切，根据以下经验公式可知不同浓缩倍率下的排污水量如下：

①浓缩倍率为3.3时：

循环水补水量=〔循环水量×k×1.39/(k-1) 〕/100

=〔8585×8×3.3×1.39/(3.3-1) 〕/100

≈1370m3/h

排污水量=循环水补水量/k=1370/3.3≈415m3/h

②将凝汽器铜管换成TP316（L），则浓缩倍率理论上可做到4.0，Cl-含量将达到约520mg/l，循环水处理药剂需重新招标。在此情况下，排污损失为：

循环水补水量=〔循环水量×k×1.39/(k-1) 〕/100

=〔8585×8×4.0×1.39/(4.0-1) 〕/100

≈1273m3/h

排污水量=循环水补水量/k=1273/4≈318m3/h

若将浓缩倍率由3.3提高至4.0，可节约排污水：415-318=97 t/h。

年节约用水费用：97 t/h×24×365×1.65=849720t×1.65=140.2038万元。

以上数据为理论计算值，提高浓缩倍率后由于循环水处理药剂需重新招标，可能增加部分水处理药剂费用，经咨询部分水处理药剂生产厂家，答复现暂无法量化具体数额。

2.提高机组真空和降低凝汽器端差的经济性分析

由于影响凝汽器换热效率的部分影响因素无法量化进行直接的经济性计算，很难获得直接的经济效益结果。但从考察的济宁运河电厂#2机和聊城冠县祥瑞电厂改造前后对比情况可以看出，经济性较为可观。

2010年底，济宁运河电厂完成#2机（上汽产145MW机组）凝汽器换不

从上表可以看出，#2机凝汽器换管后，在其平均负荷较#1机高的情况下，其对应的真空值仍高分别0.06和0.11KPa，循环水出口温度也明显升高，端差减小，说明改造后改善了凝汽器换热效果。

3.2 2011年4月，聊城冠县祥瑞电厂进行了#1机（北重产50MW机组）凝汽器换不锈钢管改造工作，改造前后参数对比情况如下表所示：

从上表可以看出，改造后机组真空平均升高0.53KPa,由于该机组负荷率较低（约42%），故效果比较明显，如负荷率提高应达不到这样的效果。

从以上比较结果看出，将凝汽器换热管换为不锈钢管后，真空和端差有明显的变化，降低了发供电煤耗。假如我公司60MW机组1台凝汽器改造后真空可提高0.1KPa、端差降低0.1℃，查主要小指标耗差分析图表可知，供电煤耗将分别下降0.479和0.241g/KWh,每年可减少燃煤费用（以每年运行8000h,平均负荷58MW，标煤按910元/吨）

（0.241＋0.479）×58000×8000×910÷106=304012.8元

四、结论

通过对凝汽器换热效果影响因素、不锈钢管与铜管物理性能比较及换管后

的经济性分析可知，将凝汽器换热管由黄铜管更换为TP316（L）不锈钢管，并提高循环水浓缩倍率至4.0，可以达到节水和提高机组热经济性的目标。

由于现在用循环水作为冷却介质的还有发电机空冷器、汽轮机冷油器及给水泵电机空气冷却器等，此部分换热器采用的都是铜管，循环水中520mg/l的Cl-含量将对铜管有不利影响，为确保以上换热设备的安全运行，建议采用如下方案实施：将#3、#4机循环水系统和对应的#2冷却塔作为一个独立单元，待该两台机凝汽器换热管更换为不锈钢管后，采用梯级提高循环水浓缩倍率方式，每次提高0.2，每个点持续一个月，此间化学专业加强对循环水水质和循环水腐蚀挂片的监督分析力度，并合理调整循环水处理药剂的投加量，避免损伤铜管，如循环水腐蚀挂片无异常则继续提高直至到4.0为止，另相关车间加强对各换热器的定期清理、检查，设备停运检修时进行打压，以确保设备的安全运行。