石擁軍 江 勇

(重慶三峰環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司， 重慶 400084)

重慶同興垃圾處理有限公司(以下簡稱“同興公司”)開發(fā)的垃圾焚燒發(fā)電項目，是我國第一個以BOT(建設(shè)-運(yùn)營-移交)方式運(yùn)作的垃圾焚燒發(fā)電項目。該項目由重慶三峰環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司牽頭進(jìn)行投資、建設(shè)并承包運(yùn)營，采用引進(jìn)的德國馬丁公司SITY2000逆推傾斜爐排技術(shù)，2套焚燒爐的日處理垃圾能力共為1 200 t。2005年3月28日正式投產(chǎn)以來，年處理垃圾57×104t，年上網(wǎng)電量123×106度，煙氣凈化指標(biāo)等各項參數(shù)均達(dá)到設(shè)計能力。但2008年以后，汽輪機(jī)組的真空度較低，特別是夏季高溫季節(jié)，真空度低至-0.074 MPa。為保證機(jī)組的安全運(yùn)行，每年需進(jìn)行一次化學(xué)藥劑的在線清洗。2011年4月檢修時對2號凝汽器的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)排汽口換熱管堵塞嚴(yán)重，共有300余根銅管發(fā)生堵塞，堵塞面積達(dá)8.2%，且銅管內(nèi)壁結(jié)硬垢嚴(yán)重。

凝汽器是汽輪機(jī)的主要附屬設(shè)備，其運(yùn)行質(zhì)量對汽水的品質(zhì)及整個電廠的安全運(yùn)行影響較大，甚至直接關(guān)系到整個機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)效益[1-3]。凝汽器換熱管結(jié)垢，不僅會導(dǎo)致汽輪機(jī)組的真空度降低、排汽溫度升高，影響凝汽器銅管脹口的嚴(yán)密性，而且會使排汽壓力升高，增加蒸汽耗量，增大排汽口濕度，影響末端葉片負(fù)載，加大軸承振動，降低機(jī)組效率。為了解決凝汽器銅管內(nèi)壁結(jié)垢問題，確保機(jī)組安全運(yùn)行，通過研究，決定將凝汽器的換熱管由銅管換成不銹鋼管。

1 凝汽器換熱管結(jié)垢的處理辦法

針對檢修時發(fā)現(xiàn)的凝汽器換熱管結(jié)垢與堵塞問題，如果只是將有堵塞的銅管更換掉，暫時也能夠達(dá)到滿足機(jī)組真空度的要求，但由于檢修工藝復(fù)雜、難度大，可能損壞未堵的換熱管[3-5]。幾年后，其他銅管壽命到期，又會影響到已更換的換熱管，這樣就會形成惡性循環(huán)。

經(jīng)過多方論證，公司決定在2011年4月的檢修中將2號凝汽器的銅管全部更換成鋼管。2號凝汽器原用銅管為HSn70-1A、BFE30-1-1管材，規(guī)格為Ф20×1.5、Ф20×1.0；選用的不銹鋼雙螺旋波紋管為TP304材質(zhì)，規(guī)格為Ф20×0.7。

2 不銹鋼管與銅管的性能比較

不銹鋼材質(zhì)具有較強(qiáng)的抗蝕性能，幾乎不銹蝕，而且耐高速流體和循環(huán)水介質(zhì)(含泥砂量大、懸浮物多)的沖蝕，直接可代替銅管或鈦管用于海水冷卻，其使用壽命可達(dá)30年以上。

不銹鋼管的外壁不會形成氧化膜。與銅管相比，不銹鋼管高光潔度的金屬表面具有較低的潤濕性能，不會形成水膜，有穩(wěn)定的傳熱能力，可以改善蒸汽與管外壁的換熱效果。

不銹鋼管具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，管壁設(shè)計較薄，為0.5～0.7 mm，彌補(bǔ)了不銹鋼金屬自身導(dǎo)熱性較低的弱點(diǎn)。銅管的管壁厚度為1.0～1.5 mm。

不銹鋼的密度低于銅，且管壁較薄，其單位換熱面積重量僅為銅管的3/5。將凝汽器的換熱管由銅管全部換成不銹鋼管，不僅可減輕機(jī)組的荷重，而且使單位面積管子的成本也大大降低了。

在安裝方面，不銹鋼管也適用傳統(tǒng)的安裝工藝和膠球清洗工藝，既可以進(jìn)行脹管安裝，也可以采用管口焊接安裝工藝，而銅管不能與鋼質(zhì)管板進(jìn)行焊接。

不銹鋼管的內(nèi)外壁均有較高光潔度，在使用中不易結(jié)垢，因此可延長使用壽命，提高換熱效力(見表1)。

表1 不銹鋼管與銅管的性能比較

有關(guān)研究結(jié)果表明，不銹鋼管經(jīng)過減少管壁的厚度，能提高其總體傳熱系數(shù)。選用的不銹鋼管壁厚一般為0.5～0.7 mm。從試驗結(jié)果來看，壁厚0.7 mm的不銹鋼管與原來使用的壁厚1.0 mm銅管的傳熱效果基本相同，但不銹鋼雙螺線波紋管換熱面積大，管壁較薄且光滑、抗腐蝕性強(qiáng)，其對流放熱系數(shù)及凝結(jié)放熱系數(shù)比銅管要大。管壁厚度減小、通徑增大、水阻減小、流量增加、出水溫度降低，對數(shù)平均溫差減小，可有效提高相對真空度。不銹鋼管內(nèi)外壁面光滑，不易結(jié)垢，可減少清洗次數(shù)，從而節(jié)約成本。不銹鋼管壁薄、重量比銅管輕，韌性、屈服、拉伸強(qiáng)度都高于銅管，所以脹口只脹不焊，在熱脹冷縮的環(huán)境下也不會產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象。

3 凝汽器換熱管更換前后的效果比較

對2號凝汽器換熱管整體更換成鋼管后的運(yùn)行情況進(jìn)行了長期跟蹤，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，凝汽器換熱管更換成鋼管以后，結(jié)垢現(xiàn)象明顯減少。如圖1所示，a為2011年檢修時拍攝，b為2017年檢修時拍攝。更換前，銅管結(jié)垢導(dǎo)致?lián)Q熱效力降低，每年需停機(jī)一次進(jìn)行酸洗。更換為不銹鋼波紋管后，至2017年其管壁仍具有較高的光潔度。

圖1 凝汽器換熱管的結(jié)垢現(xiàn)象

2號凝汽器換熱管更換前后的有關(guān)運(yùn)行參數(shù)見表2。其中，更換前的數(shù)據(jù)是運(yùn)行3年后進(jìn)行了酸洗處理再投入運(yùn)行半年后采集的數(shù)據(jù)；更換后的數(shù)據(jù)是在不銹鋼管連續(xù)運(yùn)行3年半之后采集的。在負(fù)荷10 200～12 219 W的情況下運(yùn)行，真空度平均由更換前的-0.079 MPa提高到-0.093 MPa，平均提高0.014 MPa；排汽溫度，更換前為58.9 ℃，更換后為34.66 ℃，平均降低24.24 ℃；循環(huán)水出水溫度，更換前為32 ℃，更換后降低到29 ℃；循環(huán)水進(jìn)口壓力，更換前為0.27 MPa，更換后降低到0.22 MPa；換熱效率提高，端差更換前為27.118 ℃，更換后降到5.58 ℃，降低了21.538 ℃；汽耗率更換前為5.71 kg/(kW·h)，更換后為4.66 kg/(kW·h)，下降了18.39%。

實(shí)踐證明，凝汽器換熱管由銅管更換為不銹鋼雙螺線波紋管后，汽輪機(jī)的運(yùn)行效率得到大幅提高，排氣溫度也下降到正常值，汽輪機(jī)的安全性有了更好的保障。

表2 2號凝汽器換熱管更換前后的運(yùn)行參數(shù)

4 結(jié) 語

同興公司在發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)排汽口換熱管大面積堵塞且銅管內(nèi)壁嚴(yán)重結(jié)垢的問題之后，通過論證，采取了將凝汽器的換熱管由原來的銅管全部換成不銹鋼雙螺線波紋管的處理方案。實(shí)踐證明，這種處理辦法是行之有效的。相對于銅管而言，不銹鋼管的壁較薄，通徑因此增大、水阻減小、流量增加，出水溫度降低，對數(shù)平均溫差減小，提高了相對真空度。整體換管以后，真空度平均提高了0.014 MPa，排汽溫度平均降低了24.24℃，循環(huán)水進(jìn)口壓力平均降低了0.05 MPa，端差平均降低了21.538 ℃，提高了凝汽器的換熱效率。同時，將凝汽器換熱管由銅管更換為不銹鋼管后，停爐進(jìn)行酸洗的時間延緩、次數(shù)減少，焚燒爐系統(tǒng)連續(xù)工作的時間增長，提高了汽輪機(jī)的運(yùn)行效率，增強(qiáng)了機(jī)組運(yùn)行的安全性，節(jié)約了檢修維護(hù)成本，經(jīng)濟(jì)和社會效益都較為明顯。