牛旭娟、王旭高、魏毅(佛山市鑫泽昌不锈钢有限公司,上海)
目前国内300MW、600MW及以上机组高压加热器换热管所用材料主要有SA-556C2、15D3、、不锈钢等,其中SA-556C2是最常用,因此这些材料的化学成分、机械性能和使用条件如下所述。
1 现将SA-566C2和15D3钢管的化学成分和力学性能进行比较,见表1。
(1)15D3是法国钢管标准NFA49-215中的钢种。 其合金元素只有Mo,平均含量为0.30%。 Cr、Ni、Cu、Sn、Al等其他元素为残留元素,不控制下限。 等效钢管有德国标准的15Mo3和中国国家标准的15MoG。 美国ASME规范允许选用的材料清单中没有与15D3等效的材料。 ASME钢管SA-556C2是一种无缝冷拔低碳钢管,专用于给水加热器。 根据 ASME 代码 VIII-1,SA-556C2 的最高工作温度为 800°C (426°C)。
(2)两种钢种化学成分比较:NFA49-的C含量上限为0.22%,SA-566C2的C含量上限为0.30%。 但在采购SA-556C2钢管时,一般将C含量控制在较低的水平,实际制造的产品C含量一般控制在0.17%~0.19%。 但是15D3含有0.??30%的Mo,非常不利于焊接。 如果Cr、Ni等残留元素较高,则更不利于焊接。
(3)力学性能比较:SA-556C2的力学性能无论是常温还是高温,普遍高于15D3。 可以看出,SA-556C2在相同温度下的许用应力也高于15D3,它们的耐冲蚀性应该与其力学性能正相关,也就是说,的耐冲蚀性为优于15D3。
(4)15D3是法国标准NFA49-215中的一个牌号,现在这个标准已经被欧共体标准-2所取代,对应的牌号是16Mo3。 15D3或16Mo3的控制合金元素只有Mo,其余为Cr、Ni等,元素均为残余元素。 有人认为进口15D3钢管同时含有0.3%的Mo、0.3%的Cr和0.3%的Ni不锈钢直管换热管视频,提高了其性能。 这只是一个误会。 标准规定Cr、Ni控制在0.3%以下,而法国集团旗下专业生产换热管的 (VPE)公司可将其控制在0.15%以下。 如果要用Cr作为合金元素,可以选择-2 -5钢管,但这种情况很少见。
2 关于换热管的设计温度选择
根据HE1标准,管程最高设计温度为壳程设计压力对应的饱和蒸汽温度。 当有过热蒸汽冷却段时,该段直管段温度比壳程设计压力对应的饱和蒸汽温度高35℃(194℃)。 根据该标准计算,超临界600MW机组高负荷管侧设计温度一般可达325℃,远低于碳的最高金属温度800℃(426·7℃) HE1标准规定的钢制换热管(如SA-556C2)。 . -1章节UG-20中规定了设计温度的选择:零件设计中使用的最高温度不应低于零件在工作状态下的预期平均金属温度(考虑整个厚度) . 以某600MW超临界机组3号增压器为例(3号增压器抽汽温度最高),根据汽轮机热平衡图和超临界机组过热蒸汽冷却段的特点,若供水端差为0℃,正常工况下进出过热段的给水温度为216.4℃和220.7℃,进出过热段的蒸汽温度为475.6℃和261.86°C。 根据过热段换热管内外的脏物、液膜和金属热阻,计算出3号过热段进水区换热管表面金属平均温度高位加热器为236 6 °C,换热管温度达不到进汽温度。
3 换热管材料的性能关系到高速管的寿命
但对于汽轮机给水加热器来说,不仅是材料问题,还有传热管进口涡流问题,过热蒸汽冷却段进口蒸汽流量,蒸汽温度在过热蒸汽冷却段出口、纵向和横向流速及疏水冷却。 管段入口疏水流速的控制和避免汽液两相流对换热管的冲蚀是造成损坏的主要原因。 因为如果由于设计原因某处发生汽液两相流,破坏速度非常快,无论是碳钢管、合金钢管,甚至是不锈钢管,都会被腐蚀和损坏非常快不锈钢直管换热管视频,甚至失效。
4 关于高家不锈钢换热管的使用
换热管材料的选择首先要满足性能、可靠性和使用寿命,然后再比较价格。 高压加热器换热介质:给水、蒸汽,给水经过除氧处理,水质较好,汽轮机出来的蒸汽也很干净,所以国内火电机组普遍采用碳钢管。 由于核电机组抽汽参数压力低、湿度大,不锈钢换热管虽然屈服强度低,但抗拉强度高,抗冲蚀性能优于碳钢管。 从安全角度考虑,核电机组均采用不锈钢换热管。 最近有项目要求火电机组使用不锈钢换热管,所以对不锈钢换热管和碳钢换热管的高添加要求做一个比较:
(1)不锈钢传热性能差,300MW机组高换热面积应增加20%~30%左右。
(2)不锈钢换热管的屈服强度低。 300MW机组供水压力和换热管管径不变时,管厚应增加30%左右,不锈钢换热管厚度超过18mm,焊管不能使用。 只能使用冷拔有缝管,所以不锈钢换热管和碳钢管的价格相差4万多一吨。
(3)由于换热管壁厚增加,管内面积减小,同一机组的换热管根数也随之增加,导致管径增大加热器外壳和水室。 综合以上因素,若300MW火电机组在大功率厂房采用不锈钢换热管,单台成本将增加400万元以上。
5 SA-556C2用于外高桥900MW机组和石洞口600MW超临界机组的高效换热管。 其中,石洞口两台机组已运行12年多,换热管未发生任何泄漏,外高桥高家机组也已安全运行。 因此,在符合法规标准的前提下,经过国内外实际运行验证,ASME标准SA-556C2钢管是一种完全适用于高压加热器的低成本钢管。大容量超临界和超超临界机组。 ,高效传热管。
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