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凝汽器换管改造方案我们需要了解哪些?
发布时间:2019/6/12 点击次数:332

凝汽器换管改造方案我们需要了解哪些? 

     本方案是针对《 XXX有限公司 》凝汽器冷却管改造,以满足不了机组正常安全经济运行所拟定的。为了满足该机组现行工况的实际需要,我公司在贵单位技术人员相关资料的了解,认为凝汽器进行优化改造。对凝汽器实施将原铜管更换为不锈钢管的方案是可行的,具体分析如下:
二、凝汽器换管改造现场技术参数
循环水量:       T/h           循环水入口水温:  30    ℃(最大  35  ℃)
换热管规格:  ∮25 x1         长度: 7200mm
根数:6400                 主要材质: Hsn70-1
三、凝汽器换管改造可行性改造方案
根据对现役设备的了解,结合我方改造凝汽器的经验,经过厂技术人员多次论证后,确定如下改造方案以供贵公司参考:
在不改变凝汽器外壳及其它结构的情况下,将原直径∮25 x1x7200   mm的铜管更换为∮25 x0.7x72100  mm的不锈钢管。
优点:① 投资少。② 施工工期短。
缺点: 无法增加凝汽器的换热表面积。
工期:
    不锈钢管供货周期:15天 
    拆管周期:15天  
    安装周期: 30天
四、凝汽器换管改造铜管与不锈钢管比较
 Hsn70-1A铜管 TP304不锈钢管
壁厚 0.001m 0.0007m
导热系数 100 16.3
管壁导热热阻 0.00001 0.00004294478
汽侧污垢厚度 0.00002 0.00001
污垢的导热系数 3.73 3.73
污垢的热阻 5.3619×10-6 2.6810×10-6
层流底层厚度 0.00002 0.00001
层流底层导热系数 0.599 0.599
层流底层热阻 3.34×10-5 1.67×10-5
导热热阻和 8.75×10-5 8.58×10-5
凝结放热系数 9250 9250
凝结放热热阻 1.081×10-4 1.081×10-4
对流放热系数 7866 7866
对流放热热阻 1.27×10-4 1.27×10-4
总热阻 3.226×10-4 3.209×10-4
总体传热系数(W/m2.℃.S) 3098.48 3116.24
以上表看,不锈钢管比铜管提高效率比为:每秒传热系数高0.57%。
1、不锈钢换热管具有以下优点:
?我公司采用的换热管可采用0.7mm的薄壁管材,提高了整体换热性能,在相同的换热面积下,总体的传热系数比铜管提高2.121-8.408%。
?由于材质采用美国标准AISI304优质不锈合金钢,使其具有较高的硬度,管子的钢度也明显提高,因此,具有很强的耐高温蒸汽的冲击性能及抗振性能。
?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,又提高了抗结垢性能。
?为了消除焊接应力,在保护气体中以1050℃高温进行热处理。
?所有钢管均采用压差进行泄漏检查,气压试验至10MPa,5分钟无压降。
2、经济性能比较
?导 热
由于铜管的导热系数为100W/m℃,不锈钢管的导热系数为13W/m℃,这当然要影响总体传热系数。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,其壁厚不能低于1mm。
根据公式:Rc=(1)
其中:Rc——导热热阻,m2k/w。
λ——导热系数,W/(m.k)。
δ——管壁厚度,m
管材一定,λ不变时,根据公式(1),δ越小,Rc越小,传热系数越大。这就可以缩小不锈钢管与铜管总体传热系数的差距。
由于铜管内外壁比不锈钢更粗糙,容易结垢,增加了铜管的热阻,这又使铜管与不锈钢管总体传热系数的差距缩小。
?对流放热
使用不锈钢管或使用铜管,管内流速都是紊流。影响对流放热的大因素是层流底层的厚度,因为层流底层中的传热是导热,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大得多,铜管的层流底层的厚度比不锈钢管的层流底层厚度更大。这就使不锈钢管的对流放热系数比铜管的对流放热系数大。
Rw=    (2)
其中:Rw——对流放热热阻,m2k/w。
αw——对流放热系数,w/m2.k。
根据公式(2)αw越大,Rw越小。
?凝结放热系数
凝结放热系数有膜状凝结和珠状凝结两种,珠状凝结放热系数比膜状凝结放热系数大得多。但不锈钢管外壁和铜管外壁哪种管材的珠状凝结更多尚不清楚,但可以说两种管材外壁大部份是膜状凝结。膜状凝结的放热系数大小与膜的薄厚关系很大,因为在膜的内部是导热,水膜的导热系数数特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,比不锈钢管粗糙得多。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大。
Rm=(3)
其中:Rm——管外壁的凝结放热热阻,m2k/w。
αm——管外壁的凝结放热系数,w/m2.k。
根据公式(3),αm越大、Rm越小。
?总体传热系数
K=  (4)
其中:R——总热阻,m2k/w。
K——总体传热系数,w/m2.k。
由(4)可知:对流热阻、导热阻和凝结放热热阻都减小,则总热阻减小:总热阻减小,总体传热系数增大。
在壁厚相同的情况下,不锈钢管的总体传热系数比铜管低6%。由于使用比铜管薄的不锈钢管,不锈钢管的总体传热系数和凝结放热系数都比铜管大,使不锈钢管的总体传热系数得到提高。
换热性能对照表
名    称 规格(㎜) 材   质 总体换热系数(W/㎡.k)
铜    管 1 HSn70-IA 3682.413869
不锈钢管 1 AISI304 3460.327347
不锈钢管 0.7 AISI304 3760.628476
不锈钢管 0.6 AISI304 3872.606729
?长远的经济性
随着运行时间的增长,铜管氧化层将越来越厚,传热效果会越来越差。而不锈钢基本不会氧化,或氧化速度很慢。因此,不锈钢管的凝汽器与铜管的凝汽器如果同时投运,运行时间越长,不锈钢管的凝汽器的经济性将会比铜管的凝汽器越来越更好。同时,铜管对冷却水中的杂物的吸附能力比不锈钢管更强得多,大大降低了设备的经济性。
3、安全性能比较
?不锈钢管与铜管的工程特性
管 材 密度t/m3 屈服强度MPa 拉伸强度MPa 延伸率
% 弹性模量MPa 热胀系数10-6 导热系数w/mk
海军铜管 8.4 120 330 60 13.3 16 100
镍铜管 8.9 140 390 43 15.4 16 30
304/316不锈钢管 8 280-350 550-659 30-60 20 17 13
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高,不锈钢管的使用寿命必然要比铜管长,热胀系数比铜管低,与管板更接近,因此,不易因热胀冷缩面损伤了管子或影响胀口。
?不锈钢管与铜管的抗腐蚀性能
腐蚀种类 海军黄铜管 镍铜管 不锈钢管
一般腐蚀 2 4 5
冲击腐蚀 2 5 6
点蚀(运行状态) 4 5 4
点蚀(积滞状态) 2 4 2
高速冲击 3 5 6
进口冲击 2 4 6
蒸汽热点腐蚀 2 4 6
氨   蚀 2 5 6
注:表中的数值2-6表示抗腐蚀能力由小到大
适应氯离子的指标
管材 Hsn70-IA Hsn70-IB AISI304 AISI316
氯离子 150 400 300 500
(mg/L) 短期<400 短期<800 短期<1000 短期<1000
由上表可知:不锈钢管与铜管相比具有的优点:抗冲蚀性能好,能抗蒸汽带水滴在高速中的冲击腐蚀;抗氨腐蚀性能好:耐水侧冲击腐蚀,实现无铜离子系统,且PH值可提高,以减少腐蚀产生率,可提高冷却水流速,达2.3m/s,最高可达3.5m/s,这样既可提高总体传热系数,又可减少管内杂质的沉积。
   4、效益评估                                            
不锈钢管的热传导系数比铜管低,但通过减小壁厚使它们的热传导系数的差值缩小,由于不锈钢管内壁比铜管更光滑,对流换热系数比铜管高,不锈钢管外壁比铜管光滑,凝结放热系数比铜管高,根据多台机组的测试和计算,壁厚为0.7mm的不锈钢管比壁厚为1mm的铜管的总体传热系数高2.124%左右;随着运行时间的增长,不锈钢管的总体传热系数下降很缓慢,而铜管的总体传热系数下降速度比不锈钢管大得多。同时,不锈钢管比铜管更耐腐蚀,抗振性和耐磨性能好,使用寿命是铜管的三倍。从长远考虑,使用不锈钢管整体上提高机组的经济性显而易见,同时也提高了机组的安全性。
五、凝汽器换管改造技术要求:                                                   
1、钢管的化学成分应满足AISI304标准规定的材质要求。
主要化学成分:
牌号 C Si Mn P S Ni Cr
304 ≤0.07 ≤1.00 ≤2.00 ≤0.035 ≤0.03 ≤8-11.00 ≤17-19
2、钢管内外表面应光洁,不得存在有裂纹、裂缝、折叠、重皮、扭曲等缺陷。不允许有是钢管外径和壁厚任意打出0.05mm刮伤、坑及端部毛刺。
3、每根管子长度为 7210  mm,且保证胀管后外露余量1-3mm。
4、每根的几何尺寸逐根检查(采用通规检查)并符合要求。
   外径偏差Φ25±0.05mm。管子壁厚为0.7mm,允许偏差±0.05mm。
   焊接突起处外表≤0.05mm,内表面≤0.05mm。
5、按照GB/T242《金属管扩口试验方法》及GB/T246《金属管压扁试验方法》进行试验,试验后不得出现裂纹。
6、钢管逐根进行液压试验,压力不大于1.00Mpa,稳压时间不少于5S,此时不得出现渗漏现象。
7、按GB/T7735-1991《管钢涡流探伤检验方法》逐根对不锈钢管涡流检验合格。
8、不锈钢管按GB/T4334.5-2000《不锈钢耐腐蚀试验方法》抽查试验,试验后外表面应没有因晶间腐蚀而产生的裂纹。
9、按GB/T1277-2200《流体输送用不锈钢焊接钢管》进行试验时,不锈钢管弯曲应不大于1mm/m,经反向弯曲试验后,焊缝不应出现裂缝。
10、所提供的不锈钢管在正常使用条件下,使用寿命不小于30年。
六、
凝汽器换管改造产品设计、制造、质量标准、检测标准、测试手段
GB/T12771-1991   《输送流体用不锈钢焊接钢管》
GB/T229-1994     《金属夏比缺口冲击试验方法》
GB/T230-1991     《金属洛氏硬度试验方法》
GB/T242-1997     《金属管扩口试验方法》
GB232-88     《金属弯曲试验方法》等
JB/T10085        《汽轮机凝汽器技术要求》
美国HEI         《表面式蒸汽凝汽器的标准》
    JB/T3344-93      《凝汽器性能试验规程》
    ZBK54015-88      《汽轮机凝汽器加工装配技术条件》
    JB/T56141-94     《汽轮机凝汽器产品质量分等》
    GB700-88         《碳素结构钢》
    ASTMA249-97      《热交换器用不锈钢管》
GBJ78--85        《工业企业噪声控制设计规范》
DL5000-94        《火力发电厂设计技术规程》
七、凝汽器换管改造甲方职责:
1、甲方选用TP304材质的不锈钢管、规格Φ25×0.7×7210mm,数量6420根/台。(含备用管20根,不含运输、安装过程中发生的损坏数量)。
2、甲方要求乙方拆除Φ25×1.0×7200mm铜管6400/台,安装Φ25×0.7×7210不锈钢管8420根/台。
3、甲方为乙方提供施工平台(脚手架)所需材料和提供施工所需的水、电,提供吊卸产品使用行车的方便。
4、甲方协助乙方拆凝汽器端盖。
八、凝汽器换管改造乙方职责:
1、乙方提供满足甲方所需的不锈钢管材质为TP304(协商确定),规格Φ25×0.7×7210mm,数量6420根/1台
2、乙方应按国标GB/T12771-2000《流体输送不锈钢焊接管》标准制造加工。
3、乙方负责提供不锈钢管的包装、运输,并运送到甲方指定现场地点。
4、乙方负责凝汽器旧铜管的拆除和新不锈钢管安装的所有现场施工工作。
5、乙方按甲方所规定的时间交货和双方约定时间现场安装施工。
6、施工平台(脚手架)的搭建,遵守甲方大修理现场的文明施工要求。
九、凝汽器换管改造安装工艺要求:
1、拆除旧铜管,不得损坏管板、管板孔。
2、对管板和管孔除锈打磨,以备不锈钢管的安装与胀管。
3、对新不锈钢管轻拿轻放,避免划伤、摔扁。
4、现场安装注意安全,穿管时管子不准对人。
5、胀管时胀力适当,不允许过胀和欠胀。
6、胀管口深度控制在管板厚度的75-90%。
7、钢管外露管板长度为1-3mm且外露管口部分光洁、平整无毛刺。
十、
凝汽器换管改造工程验收标准:
1、出厂钢管必须提供产品合格证和理化试验报告各一份给甲方。
2、安装完工,汽侧要进行灌水试验,灌水高度要高出换热管100mm维持12小时,应无渗漏。如有渗漏要及时采取措施处理,直到合格为止。
3、按照甲方产品图纸的技术要求。