冷油器换管改造通过铜管与316L不锈钢优点、经济性能、安全性能比较?

2019/10/30 16:38:21 字体:  浏览 0

冷油器换管改造通过铜管与316L不锈钢优点、经济性能、安全性能比较?

     本方案是针对冷油器换管改造通过铜管与316L不锈钢优点、经济性能、安全性能比较?,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,我公司与贵单位技术人员进行了充分沟通,认为冷油器进行优化改造,对冷油器实施将原铜管更换为316L不锈钢管的方案是可行的。

二、冷油器换管改造现场技术参数

1、管程设计压力0.5Mpa,工作压力0.4Mpa。

2、壳程设计压力0.5Mpa,工作压力0.4Mpa。

3、管程设计温度80℃,壳程设计温度80℃

4、进口油温度55℃,出口温度45℃

5、冷却管材质 Hsn70-1

6、换热面积42㎡

三、冷油器换管改造可行性改造方案

根据对现役设备的了解,结合我方改造冷油器的经验,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:

在不改变冷油器外壳及其它结构的情况下,将原直径Φ15*1960*1mm的铜管更换为Φ15*1960*0.7mm的316L不锈钢管。

工期:

  换管工期:15天

四、冷油器换管改造铜管与316L不锈钢管比较

Hsn70-1铜管 316L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,316L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316L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。

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 316L 3460.327347

不锈钢管 0.7 316L 3760.628476

?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,不锈钢管的冷油器与铜管的冷油器如果同时投运,运行时间越长,不锈钢管的冷油器的经济性将会比铜管的冷油器越来越更好。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

316L

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 Hsn70-1 AISI304 AISI316

氯离子 150 300 500

(mg/L) 短期<400 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、冷油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。

五、冷油器换管改造技术要求:                                                    

1、钢管的化学成分应满足316L标准规定的材质要求。

主要化学成分:

牌号 C Si Mn P S Ni Cr

316L ≤0.03 ≤1.00 ≤2.00 ≤0.035 ≤0.03 ≤12-15 ≤16-18

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 1965 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Φ15±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1.0Mpa,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。

关闭
客服一部
客服二部
技术部

扫描进入手机版
技术支持:连云港网络公司