针对莱钢8号汽轮鼓风机组凝汽器铜管泄漏影响生产的现状,从管束材质选择上入手,通过对304不锈钢管和铜管的优劣性进行综合分析,最终确定了以304不锈钢管替代铜管的方案,项目的实施应用为其他同类机组提供了借鉴

凝汽器是汽轮机组重要的辅助设备,其可靠性直接影响机组的安全、经济运行凝汽器管束的泄漏严重影响机组的水汽品质,对机组正常的生产运行造成严重的制约,目前,山东钢铁集团莱芜分公司(以下简称“莱钢”)能源动力厂的汽轮鼓风机组凝汽器管材普遍采用海军黄铜管材质运行多年来,各台机组的凝汽器铜管均存在着不同程度的泄漏问题,每年需定修及停机查漏多次,严重时甚至会导致停机抢修,不仅影响高炉的正常运行,也增加了维护强度及检修的作业成本,其中8号汽轮鼓风机组的铜管腐蚀尤为严重,20139月通过进行铜管内窥镜检查,发现部分管束已发生泄漏,而其它管子也均有不同程度的变薄现象,经抽样检查,铜管平均厚度仅为0.8 mm左右,需要对管束进行大面积的更换

1管束的成分测定

1.1原始成分测定

为了有针对性地采取措施,从根本上解决铜管频繁泄漏的问题,需要从管束材质及冷却水水质上进行深入的分析,找出造成铜管腐蚀的根本原因首先对管材的原始成分进行分析,8号汽轮鼓风机组凝汽器管束所采用的海军黄铜管材质为HSn70-1,具体成分组成如表1所示数据显示,海军黄铜管主要是铜和锌的合金,其中铜和锌的成分占98%以上,此外还含有少量的锡、铁、镍等其他金属元素

1.2腐蚀管束材质成分测定

对腐蚀的铜管抽样进行金属成分检测,具体成分组成如表2所示,通过与表1的原始成分进行比较,发现锌成分含量有明显下降,而铁成分含量有所增加,其他成分变化不大

2腐蚀原因分析

通过管束腐蚀前后的成分对比可以发现,锌元素的脱失是管材腐蚀的根本原因,而造成脱锌腐蚀的主要原因是弱碱性水质参考近一两年的冷却水化验数据,冷却水的pH值长期维持在8左右,呈弱碱性,这样海军黄铜管长期在弱碱性水质的环境下运行,造成了合金表面的锌元素会从黄铜中优先被溶解并逐渐析出,并逐步形成氢氧化物,剩下了较为稳定的呈疏松多孔结构的铜层,而冷却水的氯离子含量为280 mg/L左右,虽未超标,但长期运行下,氯离子会对铜层表面进一步腐蚀水质中的砂粒和悬浮物在循环过程中,也会对管束内表面进行冲刷[2],造成保护膜的脱落,此外,由于生产需要,8号汽轮鼓风机目前作为主要的备用机组,需要根据生产情况经常倒运,而在机组闲置备用的过程中,更加速了铜管表面的氧化腐蚀程度,因此在水质无法进行改进的情况下,就只能从管束材质的选择上人手,而防止脱锌腐蚀是关键环节,参考《火力发电厂凝汽器管选材导则》,对可选管材的耐蚀性、使用年限、价格、维护费用及凝汽器结构等[1进行综合比较后,TP304不锈钢材质成为选择的新目标

3优劣性分析

相对于黄铜管,TP304不锈钢管有自身的优势,但也存在着缺陷,在选择时需要对管材的优劣性进行综合性的比较分析

TP304不锈钢管进行抽样测定,成分组成如如表3所示,其合金成分主要是铬、镍、锰等,锌含量所占比重非常小,可以避免因脱锌腐蚀所产生的影响;合金成分中含有一定比例的Ni元素,既能提高钢的强度,又可以保持良好的塑性和韧性,同时又对酸碱有较高的耐腐蚀能力,在高温下有防锈和耐热能力;锰元素通过固溶强化,提高钢的强度和硬度;铬元素能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性所以TP304不锈钢具有抗冲刷、抗氧化的特点,在运行中可以完全适应弱碱条件下的水质,在机组闲置备用的过程中,抗空气的氧化腐蚀能力较强,可以有效防止管束的腐蚀泄漏,与8号汽轮鼓风机组同年投产的莱钢黄前区50MW发电机组,凝汽器管束采用的就是这种TP304不锈钢管,运行已有7a,从未发生过管束的泄漏现象,可以充分证明其抗腐蚀的特点此外,其价格要低于海军黄铜管,在替换方案中,可以考虑选择用腐蚀的旧铜管折旧来换取新的304不锈钢管的方式,不需要额外增加投资,节省了材料和安装成本综合这些特点,TP304不锈钢管是适合本机组的理想管材

但同时也要考虑到304不锈钢管自身存在的不足,其换热效果比较差,海军黄铜管的换热系数为100w/m,而不锈钢的传热系数为13 w/m,仅相当于黄铜管的1/7左右,换热效率低会对热经济性造成很大影响,在相同的条件下,会造成机组的真空有所下降,但304不锈钢管的抗腐蚀、抗冲刷性能更为优良,在壁厚上可以减薄至0.5 mm,为黄铜管厚度的一半,其内外表层的污垢厚度也要低于黄铜管,这样就很大程度上抵消了传热系数低的不足,而且采用304不锈钢管很少发生泄漏现象,也就几乎不堵管,因此采用304不锈钢管的凝汽器冷却面积要比黄铜管运行的凝汽器冷却面积大,在冷却面积上可以满足设计的最大要求另外,泄漏量减少,保证机组运行的安全、稳定,有效降低了维护强度,大大降低了生产作业成本

4结语

综合以上的优劣性分析,最终确定采用不锈钢材质的管束,并于201310月对莱钢8号汽轮鼓风机组的凝汽器实施改造,运行后,机组的各项运行参数均稳定正常,尤其是机组的真空,未受影响但由于验证时间短,有些性能的实际效果还有待继续验证针对管材腐蚀,除了可以从水质及管材材质的选择方面进行改进外,维护措施也尤其必要,正确的维护保养会延长其使用寿命,也为企业带来更多的间接效益该项目的实施应用也为同类机组提供了非常宝贵的借鉴