大唐韩城第二发电有限责任公司2号汽轮机凝汽器改造

【摘 要】经过多方面调查、研究，2号机凝汽器在设备功能设计、结构、性能、安装、试验等方面达成改造协议，将2号机凝汽器冷却水管全部更换为不锈钢管，并对辅助系统进行改造。

【关键词】凝汽器；不锈钢管；改造

概述：

2号汽轮机组是日本东芝公司制造的TC4F-42型600MW亚临界、单轴、冲动、四缸四排汽、一次中间再热、双背压凝汽式汽轮发电机组，于2005年11月建成投产。2号机凝汽器为上海动力设备有限公司生产的N-42000-1型，为单壳体、单流程、表面式凝汽器。自投产以来，凝汽器长年连续运行，铜管受到腐蚀，表面结垢，降低传热效果，导致端差增大、真空降低，严重影响机组的经济性。频繁的酸洗或高压水清洗，使铜管壁因腐蚀或冲刷而减薄。凝汽器铜管经常发生泄漏，会加速锅炉管道腐蚀、结垢，甚至发生爆管事故。所以铜管泄漏严重时，除堵漏处理外，还应有计划地更换。本次2号机A修对凝汽器铜管全部更换为不锈钢管。

一、原凝汽器设备参数

型号：N-42000-1 型式：双背压单壳体、单流程、表面式；冷却面积：42000㎡ 设计冷却水温： 20℃；设计冷却背压： 3.82/4.9 KPa 冷却水流量：69500t/h；冷却管材质数：主凝区HSn70-1AB 空冷区Bfe30-1-1；顶部三排管 TP316L；冷凝管规格数量：主冷凝区：Φ28×1×12900 34424根；顶部三排：Φ28×0.7×12900 1024根；空冷区： Φ28×1×12900 1568根；冷凝管总根数： 37016根。

二、改造范围及标准

（一）改造范围： 2号机组凝汽器及胶球清洗系统，包括总体设计、制造、拆装、试验配合等工作。

（二）改造方式及原则：保留原凝汽器高度不变、两侧壳体间距不变，机房外循环水泵、冷却塔不变，机房内除主机凝汽器改造外其他用户不变，凝汽器与其它相关设备的接口连接方式不变，凝汽器支撑方式不变，保留凝汽器和低压缸连接的喉部，优化管束布置方式，更换凝汽器内部全部管束、管板、中间支撑板、内部连接件等。管板采用不锈钢复合板，管束采用TP316L不锈钢管， 喉部增加不锈钢导流板，同时应对凝汽器外壳改造时对壳体刚度校核并根据情况进行加固。

（三）设计范围

1.设计工况：汽机TMCR工况，循环水量69500t/h，设计循环水温允许温升，设计背压。

2.重新设计凝汽器的壳体内部结构、管束排列方式、抽汽管道的布置等。

3.设计弧形水室方案。

4.设计考虑散装交货在电厂组装方案。

5.设计拆除凝汽器原换热管、隔板及相关的附件，对保留部分进行必要的加固和完善的方案。校核凝汽器汽侧的拉杆、补偿器等强度，根据新设计要求进行更改加固，并提供更改方案。

（四）改造后质量标准

1.管板、隔板拆除后，切割部位应打磨干净；

2.凝汽器管、隔板及其它附件与壳体的焊接时应确保焊缝无油漆、铁锈或其它杂质，在安装完毕后应彻底清除残余的防锈油。

3.凝汽器管板和中间隔板管孔应光洁无毛刺和轴向划痕；

4.冷却管进行胀管前将胀管机力矩调至合格后，对凝汽器冷却管进行试胀，试胀合格后，方可开始正式胀管，在胀管过程中应跟踪复查胀管尺寸，管口胀接不得过胀和欠胀，管口高于管板0～0.5mm；

5.单侧冷却管口胀接后，方可进行冷却管切割，且冷却管切口光滑无毛刺，驗收合格后方可进行胀管；验收按照DL5011-92《电力建设施工验收技术规范》（汽轮机组篇）进行。

6.冷却管口焊接质量合格，表面不得出现裂纹、气孔、未熔合、偏焊等缺陷。

7.凝汽器水室表面防锈漆涂层应平整光滑、无大的流挂、无起泡及漏涂现象。

8.对凝汽器汽侧进行灌水查漏，不锈钢管管口应无渗漏，并由甲方组织验收，填写竣工验收单。

三、设计要求

（一）设计要求

1.在2号汽轮发电机TMCR工况及循环水温20℃时，循环水流量为69500t/h，并充分考虑循环水量53000t/h运行十个月等实际工况条件下进行优化设计。

在机组设计工况下，凝汽器冷却管内水的流速按规范选取。凝汽器的换热系数应按HEI标准进行设计计算。清洁度为0.9。

2.在管束间设计有合理的汽侧通道，便于蒸汽进入管束的各个部分而使蒸汽及热负荷分布均匀。流向抽气口的汽气混合物在冷却区有较高的流速，以保证传热效果，冷却区尽可能地靠近进水端以充分冷却汽气混合物。有适当截面的通道使蒸汽能自由地流向热水井，从管束上落下的凝结水尽可能不与流向空气冷却区的蒸汽空气混合物相接触，热井与空气冷却区的位置也不宜太近。

3.在从30%到最大可能运行工况的整个负荷范围内，凝汽器出口凝结水的含氧量保证不超过30μg/L。

4.在额定工况下，凝结水的过冷度应不大于0.5℃。

四、铜管与不锈钢管性能对比

自不锈钢薄壁管国产化以后，不锈钢管在国内凝结器上的使用就有了逐步推广的趋势，因此淡水地区对凝结器的换管就有了铜管和不锈钢管两种选择。根据《火力发电厂凝结器管选材导则》对比两种管材的性能如下：

材质（HSn70-1 TP361）；状态（软 退火）；抗拉强度MPa（≥295 ≥515）；

屈服强度MPa（≥147 ≥205）；伸长率%（≥38 ≥35）；弹性模量GPa（108 193）；热导率20℃.W/（m.K）（109 13.4）；水中允许CL含量mg/L（<150 <1000）

根据上述性能对比，不锈钢管的机械性能和化学性能优于铜管，主要表现在：

（一）耐冲击腐蚀优于铜管

由于不锈钢管的高强度特性，使其不论在汽侧的高速蒸汽冲击还是在进水侧的冲刷，其表现都优于铜管；而且黄河水含氨量高、含沙量大，而铜管对氨腐蚀较为敏感、又软，是造成进水口及空冷区铜管泄漏频繁的主要原因，而不锈钢管在使用中则不会发现这些问题，解决了困扰我厂多年的一道难题。

（二）抗振动性和抗结垢优于铜管

汽轮机排出的蒸汽是产生管子振动的主要原因，由于不锈钢管的硬度要远大于铜管，所以抗振动性也优于铜管；而且我们在长期使用后检查不锈钢管内壁发现其结垢远不像铜管那样严重，所以也无需像铜管那样进行酸洗，我们认为不锈钢管的这种不易结垢性要归功于其光滑的表面。

（三）传热性能好

铜管的导热率无疑是高于不锈钢管的，但我们使用的不锈钢管壁薄，且表面光滑则弥补了这—缺点。首先，我们知道结垢所产生的热阻，要远大于材质产生的热阻，而高光洁度的不锈钢管壁具有不易结垢的特性，所以这一优点与铜管长时间使用结垢严重的缺点相比，其传热效果就大大提高了。其次，由于不锈钢管较高的机械强度特性，使其可以设计较薄的管壁（铜管为1mm-1.4mm，不锈钢管为0.5mm-0.7mm），再加上换热面积从原来的42000㎡提高到46000㎡，弥补了不锈钢材质自身导热性不如铜管的弱点。

根据以上分析，在加上铜管镀膜形成的热阻，不锈钢管在实际使用中的换热性能是优于铜管的。

（四）不锈钢管的维护费用低

铜管在安装后必须进行酸洗造膜，而且每年都要进行补膜。因为铜管怕酸，所以这样又会伤害铜管自身，影响其使用的寿命，而使有不锈钢管后就不存在这些问题了，即省了一笔每年都需的不小的费用，又不会影响生产。

五、凝汽器改造后的性能数据

凝汽器型式：双背压、单壳体、单流程、表面式凝汽器；总冷却面积： 46000 m2；冷却水设计水温： 20 ℃；冷却水最高水温： 33 ℃；循环倍率： 60.69 （TMCR工况）；冷却水量： 69500 t/h（三泵运行）； 53000 t/h（两泵运行）；冷却管内水流速： 2.11 m/s（三泵运行）； 1.61 m/s（两泵运行）；冷却管根数： 40676根 ；冷却管材质： TP316L； 冷凝管规格：Ф25×0.5×14520㎜ /Ф25×0.7×14520㎜；冷卻管有效长度： 14400 mm；端板厚度： 5+40 mm；端板材料： TP316L+Q235B ；隔板厚度： 16 mm；隔板材料： Q235B ；隔板数量： 60 个； 隔板间距： 984/888 mm；凝汽器出口凝结水含氧量：≤ 30 μg/L；清洁系数： 0.9 ；TMCR工况凝汽器背压： 0.00373/0.0048 MPa（a）；凝汽器设计工况水阻：≤ 38.35/37.65 kPa； 凝汽器循环水允许温升： ≤ 4.6/4.58 ℃；凝汽器出口凝结水过冷度： ≤ 0.5 ℃；凝汽器设计端差： 3.16/2.97 ℃；水室设计压力： 0.35 MPa

六、结束语

大唐韩城第二发电有限责任公司2号机凝汽器冷却管全部更换为不锈钢TP316L型。依据成熟经验，不锈钢管不仅比黄铜管强度高，抗振性能好，耐蚀性能强，使用寿命长，泄漏率低，而且传热效果略有提高，换管费用与HSn70-1黄铜管差不多，不论是技术性能还是经济性能不锈钢管都比黄铜管好。

【参考文献】

[1]大唐韩城第二发电有限责任公司《集控运行一期规程》

[2]DL/T 712-2000《火力发电厂凝汽器管选材导则》

[3]粱磊，等，凝汽器使用不锈钢应注意的几个问题。中国电力、2000.

[4]梁 磊，周国定，等. 不锈钢管在我国凝汽器上的应用前景[J ] .中国电力，1998 （11） ：37.