300 MW机组凝汽器的改造

吴宝华，刘慧，刘斌

(国投曲靖发电有限公司，云南 曲靖 655000)

0 引言

某300 MW机组采用N300－16.7－538型亚临界压力、一次中间再热、高中压合缸、双缸双排气、单轴反动凝汽式汽轮机，配置N－17650－Ⅱ型单背压、单壳体、对分双流程、表面式凝汽器。凝汽器主要技术参数:冷却面积，17 650 m2;循环水量，37 300 m3/h;清洁系数，0.85;循环水进水温度，20℃;水阻，＜50 kPa;凝汽器传热端差，＞2.8℃;冷却管材质，HSn70－1/BFe30－1－1;冷凝管数量，19 520根;冷凝管规格，ø 28 mm×1 mm×10387 mm。机组于1998年2月投产后运行至今，凝汽器铜管老化、结垢、腐蚀严重，近几年频繁发生泄漏，导致凝结水水质长期超标，严重影响机组的安全和经济运行。

1 凝汽器铜管发生泄漏的原因

(1)端部腐蚀。冷却水在进入管端部分时出现涡流，使管子入口端部分的水流速度比其他部分要大得多，水流在管端部分的流动剪切应力比管内其他部分大，可破坏铜管的钝化膜而产生管端腐蚀。

(2)冲刷腐蚀。由于冷却水的湍流及进入水流的气体或沙砾等异物的冲蚀磨削作用，使凝汽器铜管表面局部的保护膜遭到破坏。冲刷腐蚀一般发生在流速高、水流流动紊乱和不断形成湍流的局部位置上，如凝汽器管的入口端。

(3)脱锌腐蚀。凝汽器铜管在冷却水中的脱锌腐蚀，沿管壁垂直方向侵蚀可达相当大的深度。

(4)氨腐蚀。给水采用氨处理后，由于蒸汽中的氨在抽气区发生局部富聚且蒸汽凝结量很小，因而在抽气区刚凝结的水滴中氨的浓度大大超过蒸汽中的浓度，若同时有溶解氧的存在，便会在这一区域的铜管汽侧出现氨腐蚀。

(5)电偶腐蚀。凝汽器中冷却管与管板所用材料不同，管材与管板材料在冷却水中的电位也不同，所以，在凝汽器管与管板之间也存在电偶腐蚀的可能。

(6)其他腐蚀。应力腐蚀、点蚀、垢下腐蚀等。

2 改造措施及方案

(1)排管方式。采用目前较为先进、成熟的BD－TP模块式排管对原凝汽器的排管方式进行了优化，减少了凝汽器的汽阻，使凝汽器的热负荷分配更为均匀，凝汽器无明显的蒸汽湍流区和空气积聚区。此外，蒸汽还可以直接下到热井，减少了过热度，确保了良好的除氧效果。经试验计算表明，该排管方式可使凝汽器总体传热系数比美国热交换管凝汽器标准(HEI)计算值高15% ～30%，提高了凝汽器运行的经济性。

(2)端板和管板。将端板更换为δ 5+40 mm的TP304+Q235B不锈钢复合板，以增强端板的抗腐蚀性能，杜绝冷却管端口因腐蚀而发生泄漏，同时可延长端板的使用寿命;管板由10块增加为12块，并将间距由原来的910 mm调整为760 mm，厚度由40 mm调整为20 mm，从而改善冷却管的振动特性，限制冷却管的振幅，避免冷却管因诱振而损坏。

(3)冷却管。将原来主冷却区的HSn70－1A冷却管改为ø 22 mm×0.5 mm的TP304不锈钢管，外围及空冷区的BFe30－1－1冷却管改为ø 22 mm×0.7 mm的TP304不锈钢管，2种管子均以胀接+亚弧焊接的方式与端板连接。

(4)水室。前水室采用仿弧形设计，在方形水室死角处增加折流板，这样，既利于减少水流阻力，又利于防止积沙和清洗胶球的通过。同时，对凝汽器水室进行热喷涂金属锌涂层及涂刷KHS－1防腐胶处理，以提高水室防损伤和防腐蚀能力。

3 改造后的主要技术参数和效果

凝汽器改造后，其主要技术参数为:型号，N－18600－Ⅱ;总冷却面积，18601 m2;冷却管规格，ø 22 mm ×0.5 mm/0.7 mm;冷却管材质，TP304;冷凝管总数，26178根;管板材质，TP304+Q235B;冷却水量，32000 m3/h;清洁系数，0.9;凝汽器背压，4.9 kPa(绝对压力)。改造后，凝汽器参数变化见表1。

表1 凝汽器改造前、后的经济指标对比

由表1可知，改造后凝汽器排汽压力降低了1.7 kPa，端差降低了3.1℃，凝汽器改造取得了很好的效果，机组的经济性得到了较大的提升。

4 不锈钢管的优越性

(1)不锈钢管强度高，故可采用薄壁管(铜合金管一般选用1.0～1.2 mm壁厚，而不锈钢管一般选用0.5～0.7 mm壁厚)，一般不锈钢管管壁只有铜合金管的50% ～70%，故可节约大量耗材。

(2)不锈钢管的耐腐蚀性要高于铜合金管。不锈钢管的抗水流冲击、抗蒸汽冲蚀、抗氨腐蚀、抗冷却水中硫化氢的腐蚀能力都比较强。

(3)与铜合金管相比，不锈钢管腐蚀产物少，管壁光洁不易结垢，因此，具有较高的清洁系数和较低的流动阻力。

(4)不锈钢管堵管率较低，使用寿命长。

(5)采用不锈钢后，由于流动阻力变小，冷却水流速相对提高。

不同材质冷却管耐腐蚀性能见表2(表中数字1到6表示耐磨等级，1最低，6最高)，不锈钢管和铜管的物理性能见表3。

5 不锈钢管与铜合金管的传热性能比较

传热系数计算公式为

式中:aw为内冷却水的对流换热表面传热系数，W/(m2·K);as为蒸汽凝结当量表面传热系数，W/(m2·K);λ为管壁材料的导热系数，W/(m·K);d1，d2分别为冷却管的外径和内径，m。

HSn70－1铜 管 的 导 热 系 数 λ=108.9 W/(m·K)，TP304不锈钢管的导热系数λ=13.8 W/(m·K)，不锈钢管导热系数仅为铜管的1/8。相关资料表明，若仅考虑材质变化对传热系数的影响，铜管更换为不锈钢管后传热系数将下降5%～6%。由上式可知，导热系数仅是影响管材传热系数的因素之一。采用不锈钢管后，由于冷却管管壁厚度可减少30% ～50%，清洁系数可从85%提高到90%，管内流动阻力减少使冷却水流速得以提高以及不锈钢管堵管率低等因素，不锈钢管的换热性能不会比铜管差。此外，大量测试和实际运行情况表明，随着运行时间的延长，不锈钢的传热性能要优于铜管的传热性能。因此，将凝汽器冷却管更换为不锈钢管后对换热性能的影响是非常小的。

表2 不同材质冷却管耐腐蚀性能

表3 不锈钢管和铜管的物理性能

6 结束语

综上所述，将老机组的凝汽器冷却管更换为不锈钢冷却管后，不仅解决了凝汽器频繁发生泄漏的问题，提高了机组的真空和汽水品质，而且还减少了堵管查漏和少发电所造成的直接经济损失，每年由此给电厂带来的经济效益非常可观。

［1］何健康，孙晶辉，李维功.不锈钢管在我国凝汽器中应用展望［J］.汽轮机技术，2002，44(5):260 －263.

［2］梁磊，周国定，解群，等.不锈钢管在我国凝汽器上的应用前景［J］.中国电力，1998(11):24.