1000MW超臨界機(jī)組高加傳熱管可采用碳鋼管

大型機(jī)組高加基本上都采用碳鋼管，核電機(jī)組高加也有采用有縫不銹鋼管。我國(guó)的600MW超臨界和900MW超臨界機(jī)組高加都采用碳鋼管作為傳熱管。不銹鋼管相對(duì)于碳鋼管而言，其防沖蝕、防腐、耐高溫的性能更好。但不銹鋼傳熱管價(jià)格昂貴，傳熱系數(shù)差，采用不銹鋼管作為高加傳熱管，將導(dǎo)致加熱器總體價(jià)格大幅上升。

（1）不銹鋼比碳鋼傳熱熱阻大，將導(dǎo)致不銹鋼管傳熱面積增加

傳熱管內(nèi)外流體的熱交換研究表明，傳熱熱阻由殼側(cè)表明熱阻、殼側(cè)污垢熱阻、材料熱阻、管側(cè)污垢熱阻、管側(cè)表面熱阻組成。傳熱管的材料熱阻是總傳熱熱阻的一部分。在一定的溫度下，傳熱管的熱阻和傳熱管的材料和壁厚有關(guān)，不同的材料，其熱導(dǎo)率是不同的。表1給出了碳鋼和不銹鋼的熱導(dǎo)率。

由表1可以看出，在加熱器的工作范圍189～ 294。C。不銹鋼管的材料熱阻是碳鋼管材料熱阻的2．76～2．5倍。為了節(jié)省電廠的布置空間和提高整機(jī)的回?zé)嵝?yīng)。大型機(jī)組高加一般都盡可能地提高高加出水溫度。降低高加疏水溫度。單只高加一般都設(shè)3個(gè)區(qū)段，即過(guò)熱蒸汽冷卻段、凝結(jié)段、疏水冷卻段。

分析研究表明，在這3個(gè)區(qū)段中，材料熱阻的影響也不盡相同。材料熱阻在凝結(jié)段中所占的比例最大。而凝結(jié)段的面積在大型機(jī)組高加中。約占高加總面積的8O%。為此。材料熱阻對(duì)加熱器的總傳熱面積影響是較大的。

（2）不銹鋼比碳鋼的許用應(yīng)力小。導(dǎo)致不銹鋼管傳熱面積和重量比碳鋼管傳熱面積和重量增加

不銹鋼管許用應(yīng)力較碳鋼管低。表2是碳鋼和不銹鋼管的許用應(yīng)力值。

按照“熱交換研究所標(biāo)準(zhǔn)(HEI)”給出的傳熱管壁厚計(jì)算公式計(jì)算，當(dāng)取管側(cè)的設(shè)計(jì)壓力為37MPa時(shí)，高加1不銹鋼管的厚度將是碳鋼管的1．19N 。其傳熱熱阻基本上呈線性增加。為此。不僅增加了傳熱管的面積，還增加了傳熱管的壁厚，使不銹鋼傳熱管的重量大幅增加。

（3）不銹鋼管比碳鋼管允許更大的管內(nèi)流速，將導(dǎo)致不銹鋼管比碳鋼管傳熱面積減少HEI給出了不銹鋼及碳鋼材料的管子的管內(nèi)最大允許流速。不銹鋼最大允許流速為3 m／s，碳鋼最大允許流速為2．4 m／s。流速和管側(cè)的熱阻基本上成反比關(guān)系，但流速的增加。導(dǎo)致不銹鋼管傳熱面積的減少。并不能抵消由于不銹鋼管本身材料熱阻和壁厚增大對(duì)傳熱面積增大的影響。綜合上述幾種因素，不銹鋼管的傳熱面積將比碳鋼管的傳熱面積約大15%～2O%。

（4）不銹鋼管高加和碳鋼管高加的價(jià)格比較

不銹鋼管有無(wú)縫不銹鋼管和焊接不銹鋼管，兩者均可在熱交換器中用于傳熱管。其和無(wú)縫碳鋼管的比價(jià)為：3．6：2．42：1。其中TP304無(wú)縫管和有縫管的許用應(yīng)力相同。而且ASME規(guī)范也沒(méi)有規(guī)定焊接管的使用范圍。但是。我國(guó)的壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范GB15O《鋼制壓力容器》規(guī)定。國(guó)產(chǎn)的奧氏體焊接鋼管，其使用范圍為“設(shè)計(jì)壓力不大于6．4 MPa”，而超臨界高加。其設(shè)計(jì)壓力為大于或等于37 MPa。因此。如要使用不銹鋼管，應(yīng)使用無(wú)縫不銹鋼管作為傳熱管。

考慮到不銹鋼傳熱管傳熱面積的增加。壁厚的增加和無(wú)縫不銹鋼管和碳鋼管的價(jià)格比，以及考慮到傳熱管價(jià)格占整個(gè)加熱器價(jià)格的很大比重。如采用不銹鋼管作為高壓加熱器的傳熱管，其高加整體價(jià)格將為碳鋼管加熱器的2．2～2．4倍。

（5）超臨界高加采用碳鋼管作為傳熱管的可行性

對(duì)于汽機(jī)參數(shù)為25 MPa，600。c／6oo。C機(jī)組的高加，其管側(cè)設(shè)計(jì)溫度最高為325。C。即使對(duì)于汽機(jī)參數(shù)為30 MPa。600。c／6oo。C的機(jī)組，其高加的管側(cè)設(shè)計(jì)溫度最高不超過(guò)350。C，碳鋼和不銹鋼材料傳熱管其最高允許使用溫度HEI標(biāo)準(zhǔn)推薦為。碳鋼管材最高使用溫度425。C。不銹鋼管材最高使用溫度425。C。

碳鋼傳熱管的最高使用溫度可達(dá)425。C。不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于25 MPa，600。c／6oo。C機(jī)組參數(shù)高加的管側(cè)設(shè)計(jì)溫度，而且也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于30 MPa。600。c／6oo。C機(jī)組參數(shù)高加的管側(cè)設(shè)計(jì)溫度。因此。使用碳鋼管作為優(yōu)化超臨界高加的傳熱管，從規(guī)范角度來(lái)看，是完全可行的。

需要指出的是。HEI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。不銹鋼管的最高使用溫度為425。C，和碳鋼管相同。我們認(rèn)為。并不是指不銹鋼傳熱管只允許使用到425。C。根據(jù)ASME規(guī)范，SA213 TP304不銹鋼管，在538。C時(shí)，其許用應(yīng)力也達(dá)85．5 MPa，由此可見(jiàn)，在高于425。C時(shí)，不銹鋼傳熱管依然可以使用。而此處將不銹鋼管的最大允許使用溫度定為425。C，是因?yàn)镠EI標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為：從目前來(lái)看，425。C已經(jīng)是電站用給水加熱器管側(cè)設(shè)計(jì)溫度的極限了，沒(méi)有必要再為其規(guī)定更高的溫度。

高加的失效分析表明，目前高加的損壞，主要是各種原因引起的對(duì)管子的沖蝕。而傳熱管內(nèi)外流體對(duì)傳熱管的沖蝕，主要發(fā)生在過(guò)熱段、疏冷段和給水進(jìn)口處。這些區(qū)域的管子，最易受到?jīng)_蝕而損壞。需要在設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行中采取各種有效措施，以確保高加的可靠運(yùn)行。其中包括設(shè)計(jì)中布置合理的結(jié)構(gòu)．控制流體的流速，防止渦流的產(chǎn)生。制造時(shí)加強(qiáng)對(duì)碳鋼U形管的材質(zhì)控制和確保管子、管板的焊接質(zhì)量。在電廠安裝時(shí)，注意高加及其周圍系統(tǒng)的安裝質(zhì)量。運(yùn)行時(shí)控制好高加水位和啟停時(shí)的溫度變化率。停機(jī)時(shí)注意到高加的保護(hù)等。只有對(duì)上述各方面嚴(yán)格把關(guān)，才能確保高加可靠、安全地運(yùn)行。

采用碳鋼管作為1 000 Mw 優(yōu)化超臨界高加的傳熱管。在實(shí)踐上是可行時(shí)。高加的管側(cè)設(shè)計(jì)溫度主要是由該級(jí)高加的抽汽點(diǎn)壓力所決定的。石洞口二廠超臨界高加，其管側(cè)最高設(shè)計(jì)溫度也是325。C，其傳熱管也采用碳鋼管，已安全、可靠地運(yùn)行l(wèi)0年多，至今沒(méi)有一根管子發(fā)生泄漏，說(shuō)明碳鋼管完全可用于超臨界高加。