冷却设备不锈钢管用低压换热器安和经济

产 能及 标准

 

1.1 凝汽器及其它换热器是火力发电厂的要辅助设备，其运行是否良，直接影响发电厂的经济，其结是否合理要取决于换热管的形式和旧式换热管的材质，都是采用铜材，由于材料的强度、蚀和抗冲击的限制，铜管的壁厚在 1-1.5mm ，过厚的管壁不但影响了换热效果，而且浪费了量的金属材料。

我公司自行开发研制的不锈钢换热管是选用标准不锈钢带材，经过卷制、焊接、滚压、打磨、抛光等条龙生产加工而；可根据用户的际需要，生产不同管径、壁厚，长度等各种规格的管材。

1.2 我公司生产的簿壁光管具有以下：

•  我公司生产的簿壁光管可采用 0.5-0.7mm 的薄壁管材，提了整体换

热能，在相同的换热面积下，总体的热系数比铜管提 2.121-8.408% 。

•  由于材质采用美标准 AISI304 、 316L 等不锈合金钢，使其具

有较的硬度，管子的钢度也明提，因此，具有很强的温蒸汽的冲击能及抗振能。

•  由于管子内壁光滑，使得其边界层流底层厚度减薄，既强化换热，

又提了抗结垢能。

•  装管工艺能，采用的胀管工艺，外径公差与铜管致，

不需改变管板孔的加工公差，利于现场直接选用，别方便机的改造。

•  经济，在同等换热面积下，不锈钢管的本约为铜管本的

70% 左右，并可直接进行换管。

•  为了消除焊接应力，在保护气体以 1050 ℃ 温进行热处理。

•  所有钢管均采用压差进行泄查，气压试验至 1.0MPa ， 5 分钟

压降。

我公司可根据用户需求，

生产任意管径、壁厚及长度的光管和螺纹管。

二 不锈钢管用于低压换热器的安和经济

2.1 概述

选择换热器管材般原则是：不出现严腐蚀泄，使用尽可能长，冲蚀磨损，抗振，换热系数，格合理。几十年来，我的凝汽器，冷风器等都使用铜管，具体是导热系数。

运行践，凝汽器的铜管有的受到严的氨腐蚀，有的铜管受到严的磨损，这两种现象造铜管严泄，使铜管使用缩短，机运行的安和经济下降，增加了停机换铜管的时间。为此，不少人开始考虑凝汽器管材问题。

近年来，不锈钢管量使用在凝汽器、冷油器，冷风器、低压加热器上，据不完的计，使用的单位在百家以上，其包括 50-300MW 的机。不锈钢管的使用，打破了的只能使用铜管的观念，提了设备的安和经济，降低了投。

但是，还是有不少人对不锈钢管缺乏兴趣，要原因是不锈钢的导热系数比铜管的导热系数低，担心影响热。为此，有关单位对不锈钢管使用在凝汽器上的总体热系数进行过年，取得了很的果。用不锈钢管代替铜管的电厂越来越。

目，所用不锈钢管般 AISI304 、 AISI 316L 这两种不锈钢管，其能满足换热器要求，其化学份如下表：

表：不锈钢的化学份（ % ）

材料	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo
304	≤ 0.07	≤ 1.00	≤ 2.00	≤ 0.035	≤ 0.03	8-11.00	17-19
316L	≤ 0.03	≤ 1.00	≤ 2.00	≤ 0.035	≤ 0.03	12-15	16-18	2-3

 

2.2 使用不锈钢管的经济

•  导 热

表

管 材	导热系数（ w/m.k ）
海军铜管	100
镍铜管	30
304 不锈钢管	16.3
316L 不锈钢管	15.8
317L 不锈钢管	14.4

由于铜管的导热系数为 100W/m ℃ ，不锈钢管的导热系数为 13W/m ℃ ，这当然要影响总体热系数。但是，不锈钢管的壁厚可以减薄以 0.5~0.7mm ，而铜管因强度及冲蚀磨损等原因，其壁厚不能 1mm 。

根据公式： R c = （ 1 ）

其： R c ——导热热阻， m 2 k/w 。

λ ——导热系数， W/(m.k) 。

δ ——管壁厚度， m 。

管材， λ不变时， 根据公式（ 1 ）， δ越小， R c 越小，热系数就越。这就可以缩小不锈钢管与铜管总体热系数的差距。

由于铜管内外壁比不锈钢管粗糙，容易结垢，增加了铜管的热阻，这又使铜管与不锈钢管的总体热系数的差距缩小。

•  对流放热

使用不锈钢管或使用铜管，管内流速都是紊流。影响对流放热的因素是层流底层的厚度，因为层流底层的热是导热，而水的导热系数很低。在流动状态相同的情况下，层流底层的厚度取决于管内壁的粗糙度。铜管内表面有氧化物，其粗糙度比不锈钢管得，铜管的层流底层的厚度比不锈钢的层流底层厚度也。这就使不锈钢管的对流放热系数比铜管的对流放热系数。

1

R w = （ 2 ）

α w

 

其： R w 对流放热热阻， m 2  k/W 。

 

α w 对流放热系数， W/ m 2  k 。

根据公式（ 2 ）， α w 越， R w 越小。

•  凝结放热系数

凝结放热有两种方式：膜状凝结和珠状凝结。

其珠状凝结放热系数比膜状凝结放热系数得。但不锈钢管外壁和铜管外壁哪种管材的珠状凝结其它尚不清楚，但可以说两种管材外壁部份是膜状凝结。膜状凝结的放热系数小与膜的薄厚关系很，因为在膜的内部是导热，水膜的导热系数别低。而膜的厚度又取决于管外壁的粗糙度。铜管外壁因氧化层的关系，比不锈钢管外壁粗糙得。因此，不锈钢管外壁的凝结放热系数比铜管外壁的凝结放热系数。

 

1

R sa = （ 3 ）

α sa

 

其： R sa 管外壁的凝结放热热阻， m 2  k/W 。

 

α sa 管外壁的凝结放热系数， W/ m 2  k 。

 

根据公式（ 2 ）， α sa 越， R sa 越小。

•  总体热系数

1 δ 1

R= R sa + R c + R w = + + (4)

α sa λ α w

 

1

k = （ 5 ）

R

 

其： R 总热阻， m 2  k/W 。

 

k 总体热系数， W/ m 2  k 。

由（ 4 ）可知：对流热阻、导热热阻和凝结放热热阻都减小，则总热阻减小，总体热系数增。

对于同台机的凝结器，由于进汽量不同、循环水温和循环水量不同、背压不同、换热管清洁度不同，其热系数是不同的。根据计，铜管和不同壁厚的不锈钢管的凝结器投运初期的相对热系数如下表：

表二：不同壁厚的不锈钢管和铜管的换热能对照表

材质	壁厚（ mm ）	热系数相对（ % ）
铜管	1	100
不锈钢管	0.7	98.93
不锈钢管	0.6	+100.43
不锈钢管	0.5	+101.86

注：以上的条件是铜管凝结器背压为 0.0052MPa 、其他条件相同时的。

•  对相对真空的影响

对 D09 型 200MW 机来说，总体热数降低 6% ，相对真空降低 0.1183% 。总体热系数提 2.124% ，相对真空提 0.0331% 。总体热系数提 5.165% ，相通对真空提 0.0806% 。总体热系数提 8.408% ，相对真空提 0.131% 。

由于壁厚减少，管子的平均直径增加，热面积增；通径增，流速减小，水阻减小，循环水流然增加，流量增加到水速和水阻相同；由于流量增加，出水温度降低，对数平均温差减小，合作用的结果，相对真空提。

总体热系数的变化，热面积的变化和循环水流量的变化，使相对真空提，对 200MW 机，相对真空提如下表：

表三：对标准煤耗率的影响

壁 厚	1mm	0.7mm	0.6mm	0.5mm
热系数变化相对真空提（ % ）	-0.1183	0.0331	0.0806	0.131
面积流量变化相对真空提（ % ）	0	0.121070753	0.1276344	0.1344086
合计相对真空提（ % ）	0.1183	0.154170753	0.2082344	0.2654086
标准煤耗率降低（ g/kwh ）	-0.3993	0.521016638	0.701104	0.878204025

•  长远的经济

随着运行时间的增长，铜管氧化层将越来越厚，热效果会越来越差。而不锈钢不会氧化，或氧化速度很慢。因此，不锈钢管的凝结器与铜管的凝结器如果同时投运，运行时间越长，不锈钢管的凝结器的经济将会比铜管的凝结器越来越。同时，铜管对循环水的杂物的吸附能力比不锈钢管要强得，运行铜管的凝结器投运胶球清洗的次数要得。据不少电厂的运行表明，

凝结器的不锈钢管基本不用或很少使胶球清洗，而凝结器的铜管则要经清洗，这就要耗电，降低整个机的经济。

2.3使用不锈钢管的安

•  不锈钢管与铜管的工程

表四：不锈钢管和铜管的工程表

管 材	度 t/m 3	屈服强度 MPa	拉伸强度 MPa	延伸率 %	弹模量 GPa	热胀系数 10 -6
海军铜管	8 ． 4	120	330	60	133	18
镍铜管	8 ． 9	140	390	43	154	16
304 不锈钢管	7.94	210	520	35	193	17.3
316L 不锈钢管	8	180	480	35	200	17.3
317L 不锈钢管	8	180	480	35	200	16.5

从上表可以看出：不锈钢管的屈服强度和抗拉强度都比铜管，不锈钢管的使用然要比铜管长，热胀系数比铜管低，与管板接近，因此，不易因热胀冷缩面损伤了管子或影响胀口而泄露。

•  抗冲蚀

由于不锈钢的硬度比铜管，对于蒸汽侧的水滴、水侧泥砂、入口湍流等的冲蚀能都提。

•  抗腐蚀能

经过不少单位的试验和，海军铜管、镍铜管和不锈钢管用于凝结器时对各种腐蚀冲击的能，列表如下：

表五：不锈钢管和铜管的抗腐能对照表

腐蚀种类	海军黄铜管	镍铜管	不锈钢管
般腐蚀	2	4	5
冲击腐蚀	2	5	6
蚀（运行状态）	4	5	4
蚀（积滞状态）	2	4	2
速冲击	3	5	6
冲击	2	4	6
蒸汽腐蚀	2	4	6
氨 蚀	2	5	6

注：表的数 2-6 表示抗腐蚀能力由小到。

从上表可以看出：不锈钢管抗蚀能与铜管样，其余都比铜管的抗蚀能强。

表六：适应氯离子的指标

管 材	HSn70-1A	TP304	TP316 L
氯 离 子 (mg/L)	< 1 0 0	<2 00	< 500
	短期 < 3 00	短期 <5 00	短期 < 1000

 

从上表可以看出：不锈钢管抗氯离子的能比铜管得。在其他条件相同的情况下，如果循环水的氯离子含量相同，不锈钢管的使用至少是铜管的二倍以上。

上所述：不锈钢管与铜管相比具有的：抗冲蚀能，能抗蒸汽带水滴在速的冲击腐蚀；抗氨腐蚀能；水侧冲击腐蚀；现给水回热系采用铜离子系，且 PH 可提，以减少腐蚀产生率；可提冷却水流速，达 2 .3m/s ，可达 3 . 5 m/s ，这样，既可提总体热系数，又可减少管内杂质的沉积。

•  抗振能

凝结器汽侧的速蒸汽和水滴将使管子产生振动，由于不锈钢管的强度和硬度，可以改善管子的振动。

•  不锈钢管壁厚的选择

从表三可以看出：壁厚越薄，节约的标准煤越。但是否选择壁厚为 0.5mm 的不锈钢管就是的呢？不，壁厚越薄，安装时就越难，焊接时要求就越，而且抗振能越差，磨穿就越，短。般来说，要求壁厚为 0.5mm 、 0.6mm 和 0.7mm 的不锈钢管，只需要胀管就行，不焊接，只是胀管头有所不同。其次，管壁越薄，单越。因此，选择不锈钢管的壁厚，应合考虑。在此的是 0.6mm 的不锈钢管。

•  结 论

上所述，使用 0.5-0.7mm 的不锈钢管，热系数，抗腐蚀能和抗冲蚀的能都，改善了振动。随着运行时间的增长，铜管氧化越来越严，而不锈钢管却轻微得，因此，不锈钢的热效果比铜管会越来越。

 

 

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