凝汽器换管改造采用不锈钢换热管的优点及长远经济性能?

2019/6/26 8:59:43 字体:  浏览 0

凝汽器换管改造采用不锈钢换热管的优点及长远经济性能?

         针对《XXX有限公司》凝汽器换管改造,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:

现场技术参数:

        循环水量: T/h   循环水入口水温:30℃(最高 35℃)换热管规格:∮25 x1 长度: 7200mm 根数:5400  主要材质: Hsn70-1

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∮25x1x7200mm的铜管更换为∮25 x0.7x7205mm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:不锈钢管生产周期:15天;拆管周期:13天;安装周期:28天; 

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、对管板和管孔进行的除锈,以便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。

1、凝汽器换管改造(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。影响对流放热的最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

凝汽器换管改造长远的经济性

        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。

凝汽器换管改造效益评估                                             

        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。

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7210mm,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、凝汽器换管改造/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。


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