1000MW超临界机组高加传热管可采用碳钢管

1000MW超临界机组高加传热管可采用碳钢管

大型机组高加基本上都采用碳钢管，核电机组高加也有采用有缝不锈钢管。我国的600MW超临界和900MW超临界机组高加都采用碳钢管作为传热管。不锈钢管相对于碳钢管而言，其防冲蚀、防腐、耐高温的性能更好。但不锈钢传热管价格昂贵，传热系数差，采用不锈钢管作为高加传热管，将导致加热器总体价格大幅上升。

（1）不锈钢比碳钢传热热阻大，将导致不锈钢管传热面积增加

传热管内外流体的热交换研究表明，传热热阻由壳侧表明热阻、壳侧污垢热阻、材料热阻、管侧污垢热阻、管侧表面热阻组成。传热管的材料热阻是总传热热阻的一部分。在一定的温度下，传热管的热阻和传热管的材料和壁厚有关，不同的材料，其热导率是不同的。表1给出了碳钢和不锈钢的热导率。

由表1可以看出，在加热器的工作范围189～ 294。C。不锈钢管的材料热阻是碳钢管材料热阻的2．76～2．5倍。为了节省电厂的布置空间和提高整机的回热效应。大型机组高加一般都尽可能地提高高加出水温度。降低高加疏水温度。单只高加一般都设3个区段，即过热蒸汽冷却段、凝结段、疏水冷却段。

分析研究表明，在这3个区段中，材料热阻的影响也不尽相同。材料热阻在凝结段中所占的比例最大。而凝结段的面积在大型机组高加中。约占高加总面积的8O%。为此。材料热阻对加热器的总传热面积影响是较大的。

（2）不锈钢比碳钢的许用应力小。导致不锈钢管传热面积和重量比碳钢管传热面积和重量增加

不锈钢管许用应力较碳钢管低。表2是碳钢和不锈钢管的许用应力值。

按照“热交换研究所标准(HEI)”给出的传热管壁厚计算公式计算，当取管侧的设计压力为37MPa时，高加1不锈钢管的厚度将是碳钢管的1．19N 。其传热热阻基本上呈线性增加。为此。不仅增加了传热管的面积，还增加了传热管的壁厚，使不锈钢传热管的重量大幅增加。

（3）不锈钢管比碳钢管允许更大的管内流速，将导致不锈钢管比碳钢管传热面积减少HEI给出了不锈钢及碳钢材料的管子的管内最大允许流速。不锈钢最大允许流速为3 m／s，碳钢最大允许流速为2．4 m／s。流速和管侧的热阻基本上成反比关系，但流速的增加。导致不锈钢管传热面积的减少。并不能抵消由于不锈钢管本身材料热阻和壁厚增大对传热面积增大的影响。综合上述几种因素，不锈钢管的传热面积将比碳钢管的传热面积约大15%～2O%。

（4）不锈钢管高加和碳钢管高加的价格比较

不锈钢管有无缝不锈钢管和焊接不锈钢管，两者均可在热交换器中用于传热管。其和无缝碳钢管的比价为：3．6：2．42：1。其中TP304无缝管和有缝管的许用应力相同。而且ASME规范也没有规定焊接管的使用范围。但是。我国的压力容器设计规范GB15O《钢制压力容器》规定。国产的奥氏体焊接钢管，其使用范围为“设计压力不大于6．4 MPa”，而超临界高加。其设计压力为大于或等于37 MPa。因此。如要使用不锈钢管，应使用无缝不锈钢管作为传热管。

考虑到不锈钢传热管传热面积的增加。壁厚的增加和无缝不锈钢管和碳钢管的价格比，以及考虑到传热管价格占整个加热器价格的很大比重。如采用不锈钢管作为高压加热器的传热管，其高加整体价格将为碳钢管加热器的2．2～2．4倍。

（5）超临界高加采用碳钢管作为传热管的可行性

对于汽机参数为25 MPa，600。c／6oo。C机组的高加，其管侧设计温度最高为325。C。即使对于汽机参数为30 MPa。600。c／6oo。C的机组，其高加的管侧设计温度最高不超过350。C，碳钢和不锈钢材料传热管其最高允许使用温度HEI标准推荐为。碳钢管材最高使用温度425。C。不锈钢管材最高使用温度425。C。

碳钢传热管的最高使用温度可达425。C。不仅远远大于25 MPa，600。c／6oo。C机组参数高加的管侧设计温度，而且也远远大于30 MPa。600。c／6oo。C机组参数高加的管侧设计温度。因此。使用碳钢管作为优化超临界高加的传热管，从规范角度来看，是完全可行的。

需要指出的是。HEI标准规定。不锈钢管的最高使用温度为425。C，和碳钢管相同。我们认为。并不是指不锈钢传热管只允许使用到425。C。根据ASME规范，SA213 TP304不锈钢管，在538。C时，其许用应力也达85．5 MPa，由此可见，在高于425。C时，不锈钢传热管依然可以使用。而此处将不锈钢管的最大允许使用温度定为425。C，是因为HEI标准认为：从目前来看，425。C已经是电站用给水加热器管侧设计温度的极限了，没有必要再为其规定更高的温度。

高加的失效分析表明，目前高加的损坏，主要是各种原因引起的对管子的冲蚀。而传热管内外流体对传热管的冲蚀，主要发生在过热段、疏冷段和给水进口处。这些区域的管子，最易受到冲蚀而损坏。需要在设计、制造、安装、运行中采取各种有效措施，以确保高加的可靠运行。其中包括设计中布置合理的结构．控制流体的流速，防止涡流的产生。制造时加强对碳钢U形管的材质控制和确保管子、管板的焊接质量。在电厂安装时，注意高加及其周围系统的安装质量。运行时控制好高加水位和启停时的温度变化率。停机时注意到高加的保护等。只有对上述各方面严格把关，才能确保高加可靠、安全地运行。

采用碳钢管作为1 000 Mw 优化超临界高加的传热管。在实践上是可行时。高加的管侧设计温度主要是由该级高加的抽汽点压力所决定的。石洞口二厂超临界高加，其管侧最高设计温度也是325。C，其传热管也采用碳钢管，已安全、可靠地运行l0年多，至今没有一根管子发生泄漏，说明碳钢管完全可用于超临界高加。