1000MW超臨界機組高加傳熱管可采用碳鋼管

大型機組高加基本上都采用碳鋼管，核電機組高加也有采用有縫不銹鋼管。我國的600MW超臨界和900MW超臨界機組高加都采用碳鋼管作為傳熱管。不銹鋼管相對于碳鋼管而言，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的回?zé)嵝?yīng)。大型機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個區(qū)段，即過熱蒸汽冷卻段、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)段的面積在大型機組高加中。約占高加總面積的8O%。為此。材料熱阻對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“熱交換研究所標準(HEI)”給出的傳熱管壁厚計算公式計算，當(dāng)取管側(cè)的設(shè)計壓力為37MPa時，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格比較

不銹鋼管有無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。其和無縫碳鋼管的比價為：3．6：2．42：1。其中TP304無縫管和有縫管的許用應(yīng)力相同。而且ASME規(guī)范也沒有規(guī)定焊接管的使用范圍。但是。我國的壓力容器設(shè)計規(guī)范GB15O《鋼制壓力容器》規(guī)定。國產(chǎn)的奧氏體焊接鋼管，其使用范圍為“設(shè)計壓力不大于6．4 MPa”，而超臨界高加。其設(shè)計壓力為大于或等于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。壁厚的增加和無縫不銹鋼管和碳鋼管的價格比，以及考慮到傳熱管價格占整個加熱器價格的很大比重。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

對于汽機參數(shù)為25 MPa，600。c／6oo。C機組的高加，其管側(cè)設(shè)計溫度最高為325。C。即使對于汽機參數(shù)為30 MPa。600。c／6oo。C的機組，其高加的管側(cè)設(shè)計溫度最高不超過350。C，碳鋼和不銹鋼材料傳熱管其最高允許使用溫度HEI標準推薦為。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425。C。不僅遠遠大于25 MPa，600。c／6oo。C機組參數(shù)高加的管側(cè)設(shè)計溫度，而且也遠遠大于30 MPa。600。c／6oo。C機組參數(shù)高加的管側(cè)設(shè)計溫度。因此。使用碳鋼管作為優(yōu)化超臨界高加的傳熱管，從規(guī)范角度來看，是完全可行的。

需要指出的是。HEI標準規(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，其許用應(yīng)力也達85．5 MPa，由此可見，在高于425。C時，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，是因為HEI標準認為：從目前來看，425。C已經(jīng)是電站用給水加熱器管側(cè)設(shè)計溫度的極限了，沒有必要再為其規(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管子的沖蝕。而傳熱管內(nèi)外流體對傳熱管的沖蝕，主要發(fā)生在過熱段、疏冷段和給水進口處。這些區(qū)域的管子，最易受到?jīng)_蝕而損壞。需要在設(shè)計、制造、安裝、運行中采取各種有效措施，以確保高加的可靠運行。其中包括設(shè)計中布置合理的結(jié)構(gòu)．控制流體的流速，防止渦流的產(chǎn)生。制造時加強對碳鋼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，注意高加及其周圍系統(tǒng)的安裝質(zhì)量。運行時控制好高加水位和啟停時的溫度變化率。停機時注意到高加的保護等。只有對上述各方面嚴格把關(guān)，才能確保高加可靠、安全地運行。

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