凝汽器是發(fā)動機的一部分，凝汽器能否正常運行直接關(guān)系著整個發(fā)動機的運行狀況，本文主要對凝汽器冷卻管選材進行分析與研究。

　　《車用發(fā)動機》(雙月刊)，1978年創(chuàng)刊，是由中國北方發(fā)動機研究所主辦的技術(shù)刊物，為全國中文核心期刊，中國科技核心期刊，中國核心期刊(遴選)數(shù)據(jù)庫、中國期刊全文數(shù)據(jù)庫、萬方數(shù)據(jù)—數(shù)字化期刊群和中國科技期刊數(shù)據(jù)庫收錄期刊，中國科學引文數(shù)據(jù)庫和中國學術(shù)期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫來源期刊，山西省一級期刊。

　　凝汽器是凝汽式或抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機組的重要輔機設(shè)備,凝汽器的運行情況的優(yōu)劣直接影響到整個機組的正常運行。而冷卻管腐蝕是影響凝汽器安全穩(wěn)定運行的一個主要隱患。

　　我廠兩臺6MW機組均配用的是N-560型凝汽器,冷卻管采用的是Φ20×1的黃銅管,材質(zhì)為HSn70-1A。兩臺機組運行至今已有近九年的時間,凝汽器的冷卻管出現(xiàn)了大面積的泄漏現(xiàn)象,已經(jīng)嚴重影響機組的安全運行,雖經(jīng)過部分換管,但問題始終不能從根本上解決。所以我們決定對凝汽器進行換管,并考慮對冷卻管進行重新選材。

　　目前,國內(nèi)凝汽器冷卻管采用的管材主要有黃銅、白銅、鈦合金和不銹鋼等。鈦合金作為冷卻管的新型工程材料,對各種水質(zhì)都具有極強的耐蝕性。作為最耐腐蝕的結(jié)構(gòu)金屬,其密度小、強度高,并且在沸水環(huán)境的研究中,鈦的腐蝕阻力顯著地高于銅鎳合金。在其他材料不能耐受侵蝕的情況下,鈦可以說是最佳選擇。由于鈦管價格昂貴及安裝費高,西方國家和我國都只限于濱海電站和核電站中應(yīng)用,連接造成的電偶腐蝕和管內(nèi)結(jié)垢仍有待解決,這些都限制了它的全面推廣。因此下面只對白銅、黃銅和不銹鋼進行比較。

　　1.材料性能

　　國內(nèi)外常用的銅管和不銹鋼管的化學成分、物理和機械性能見下表1。

　　可以看出,不銹鋼管從材料性能上有以下幾個優(yōu)點:

　　1)不銹鋼管材料的強度大于銅管,從而提高冷卻水管在運行過程中對汽側(cè)的高速蒸汽及水滴的抗沖擊能力。

　　2)不銹鋼管的彈性模量大于銅管,表明其抗拉強度好,線膨脹系數(shù)低于普通銅管,減少來自內(nèi)部的應(yīng)力。

　　3)不銹鋼管抗結(jié)垢能力強,因為污垢層與不銹鋼的熱脹系數(shù)差別很大,當受熱時,由于線型曲率變化不等而自動脫落。

　　4)在凝汽器的空氣冷卻區(qū)內(nèi),經(jīng)常積聚一些不凝氣體,主要由氨氣、二氧化碳等,銅管對氨氣產(chǎn)生的腐蝕極為敏感,造成氨腐蝕。相反,不銹鋼管抗氨腐蝕能力很強。

　　5)由于不銹鋼的抗拉強度和屈服強度較大,所以不銹鋼的使用壽命也相應(yīng)的延長,一般不銹鋼管的使用壽命在20年左右,而銅管的使用壽命只有10年左右。

　　2.傳熱效果:

　　雖然從銅和不銹鋼材料的導(dǎo)熱率看,銅的導(dǎo)熱率是不銹鋼的10倍,但熱交換器總的傳熱系數(shù)是由多個因素決定的。熱交換器的傳熱過程如下:

　　在以上的三個傳熱過程中,除銅的導(dǎo)熱率比不銹鋼高以外,不銹鋼管在以下的幾個方面具備優(yōu)勢:

　　1)不銹鋼管和銅管相比高粗糙度的金屬表面不會形成穩(wěn)定的水膜,出就是說水膜熱阻較小,增強了蒸汽與管外壁的換熱效果。

　　2)因不銹鋼的強度較大,同規(guī)格的管子可做的比銅管薄,這樣以來管子的導(dǎo)熱效果也得到相應(yīng)的提高。

　　3)因為不銹鋼管的壁厚較薄,其相應(yīng)的內(nèi)表面積也比同直徑的銅管大,因此其對流換熱效果也相應(yīng)提高。

　　綜合以上的幾個方面,通過計算可知,采用薄壁不銹鋼管的凝汽器和采用銅管的凝汽器換熱效果基本相當。

　　3.經(jīng)濟性。

　　目前,國內(nèi)凝汽器用薄壁不銹鋼焊接管的技術(shù)已日益成熟,其價格也有了大幅度的下降,采用同規(guī)格的薄壁不銹鋼和采用銅管時的價格相差甚微。

　　2008年6月份,我廠對2號汽輪機凝汽器進行了換管,冷卻管采用Φ20×0.7的TP304不銹鋼管。經(jīng)過一段時間的試運行,發(fā)現(xiàn)機組帶滿負荷運行時,排汽溫度、凝汽器端差等參數(shù)和換管前比較沒有明顯的變化,說明此次用不銹鋼管替代銅管是成功的。

　　不銹鋼雖然有耐腐蝕、壽命長等優(yōu)點,但它對冷卻水中的Cl-比較敏感,如控制不當易造成管子的點蝕。在Cl-小于200mg/L的淡水中應(yīng)用可選用TP304或TP304L,在Cl-大于200mg/L的淡水中則應(yīng)選用TP316或TP316L。總之,和銅管比較不銹鋼管有一定的優(yōu)越性,在凝汽器的應(yīng)用中不銹鋼管替代銅管將是一個發(fā)展趨勢。