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【摘 要】火力发电厂凝汽器换热管选材的关键是机械性能、耐腐蚀性等性能与预算成本，目前国内已投产的各型号机组所用换热管材基本为铜管或钛管，这两种材料在技术经济性上各有利弊。本文将以新兴的超级铁素体不锈钢管S44660的研究数据和最新成果作为依据，分析其在凝汽器换热管上替代铜管和钛管的可行性，并对换管改造工作提出意见和建议。
【关键词】凝汽器；超级铁素体不锈钢S44660；钛管
1、前言
在滨海电站机组中，凝汽器换热管的选择，对凝汽器投资总额和运行维修费用的影响较大。本文从超级铁素体不锈钢S44660（以下简称“S44660”）的化学成分、耐蚀性能、物理和力学性能等方面的指标，对比其与钛管和铜管各自具有的性能特点，分析超级铁素体不锈钢管在凝汽器换热管安装改造中的技术经济性。
2、S44660的机械性能
S4660的超级铁素体不锈钢管的特点是Cr，Mo元素的含量较高，并用Ti，Nb作为稳定化元素，S44660含C+N低于400ppm，PRE值大于37，决定了其优异的耐蚀性能和加工、焊接性能。经过特殊设计和工艺处理的S44660焊管能够在海水环境中、在Cl-含量高的化工行业中进行长期服役，目前在役的最高已达31年。在美国等发达国家S44660焊管已经广泛在沿海电厂发电机组的冷凝器、海水淡化、制盐业、含氯离子较高的化工等行业中使用。对比S44660目前主流使用的凝气器管材的主要力学性能如表1所示。
表1 S44660与其他凝气器管材的力学性能比较表
机械性能 S44660 Ti Grade2 BFe30-1-1 HSn70-1
密度（g/cm3） 7.7 4.4 8.9 8.54
硬度（HRB） 100 92 97 90
抗拉强度（MPa） ≧585 ≧450 ≧370 ≧295
屈服强度（MPa） ≧450 ≧320 ≧167 ≧147
弹性模量（GPa） 214 110 118 108
延伸率 20% 18% 25% 35%
热导率20℃/W（m·K） 17 17 46 109
线胀系数（×10-6/℃） 10 9.0 17.8 20.2
从表1中数据进行分析，S44660在力学性能具有以下优势：
（1）硬度（HRB），该指标主要衡量管材的耐磨性，硬度越高，材料的耐磨性越好。S44660的硬度指数为100略高于钛管的92，说明S44660的耐磨性优于钛管，但不是很明显。
（2）抗拉强度及屈服强度，该指标主要衡量管材的刚性和强度，S44660的强度明显优于钛管及其他材质。
（3）弹性模量，该指标主要衡量管材的抗振性，彈性模量越大，抗振性能越好。S44660的弹性模量值是钛管的近一倍，抗振性明显优于钛管。
（4）延伸率，主要衡量材料塑性，该性能S44660略高于钛管。
（5）热导率，主要衡量材料的热力性能，热导率越小，传热能力越小。S44660与钛管热导率相同，铜管的传热效果最好。
引用原军亮等人对凝汽器管材其他几种腐蚀形式的研究结果：对比常见管材比蒸汽冲击、磨蚀、氨蚀、硫化物点蚀、铁/锰腐蚀、氯应力腐蚀、氢脆性能如表2所示。
表2 几种材料的耐腐蚀性能比较【6】
性能＼材料 海军黄铜 B10 B30 Ti A2 S44660
蒸汽冲击腐蚀 差 合格 中 中 优
磨蚀/冲蚀 差 合格 中 良 优
氨蚀 差 合格 中 优 优
氯点蚀 合格 中 良 优 优
硫化物点腐蚀 差 差 合格 优 优
铁/锰 腐蚀 中 中 良 优 优
氯应力腐蚀 优 优 优 优 优
氢脆 优 优 优 差 合格
从表2可以看出，S44660的整体抗腐蚀性能整体优于钛管，明显好于常规不锈钢管和铜管。S44660在研制之初就专门为抵抗氯化物溶液（海水）中的局部点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂而特别考虑，特别适用于滨海电站。
3、S44660的经济性能
S44660为铁素体不锈钢不含镍，主要成分为铬和铁，受昂贵的镍价影响较小，成本低廉，历史价格稳定，供货周期短。同等规格的凝气机组，应用铁素体不锈钢的价格与钛管相比可节省20%～40%。而且S44660性能优异，在整机装置使用中，泄漏率低，维护少，使用寿命长（目前服役时间最长的是31年），由此到来的经济效益更高。表5总为S44660与钛管在新机组中安装的成本与周期比较。
表3 S44660与钛管在新机组中安装的经济性比较
新机制造项目 方案一 方案二
管材：S44660
管板： AL-6XN 管材：钛
管板：钛复合板
350MW等级机组
凝汽器 管材总价（万元） 750 1295
工程总造价（万元） 1050 1650
安装周期 20天 40天
800MW等级机组
凝汽器 管材总价（万元） 1700 2700
工程总造价（万元） 2050 3050
安装周期 30天 50天
经济性对比 方案一可比方案二节省成本35%
利用海水作为冷却介质，原使用铜质换热管的老机组凝汽器在改造换管时，无论采用何种管材、何种改造方案都应首先满足抗振性，抗腐蚀性和热力性能方面的要求。
在不改换原管板的情况下，仅将原铜管更换为钛管，就必须对凝汽器结构进一步进行改造：对凝汽器水室也需同时改造，重新布管、重新布置中间隔板间距，这些工作量就相当于更换1台凝汽器，改造费用会大大增加，施工期也会延长。
相比较之下，采用高性能S44660管的换管方案更加简便可行。以华能汕头电厂1号、2号机组的凝汽器管材改造为例，在老机组改造中，由于只需更换管子，其他如管板、隔板零件均可回用，因而可以缩短改造周期，改造后凝汽器的运行情况良好。根据最新掌握的资料，已使用S44660的冷凝器投运至今，没有发生过管损情况。
4.结论
S44660具备良好的耐蚀性能、强度高、延性强，在氯化物含量高和可能因微生物引起腐蚀（MIC）的环境中具有良好的效果。S44660防腐蚀性能不逊于钛管，有些性能例如抗冲击性能甚至优于钛管，且S44660价格便宜，具有良好的经济性能，因此其在老机组换管改造工程中具备良好的技术经济性，在钛管价格目前仍居高不下的情况，新机组凝汽器热交换管采用超级铁素体不锈钢管，也不失为一种合理可行的选择。
参考文献
[1]赵佳鸣，陈逸峰.超级铁素体不锈钢换热管在电站凝汽器设备中的应用[J].《电站辅机》，2009.4
[2]汪德良.凝汽器钛管在我国发电厂中的应用现状[J].《有色金属》，1999.12
[3]梁磊.沿海电厂凝汽器用管材研究[J].《中国电力》，2009.1
[4]王洪斌.关于凝汽器换管改造中选管问题的探讨[J]《黑龙江电力》，2004.4
[5]旷仲和.华能汕头电厂1号汽机凝汽器管板渗漏原因及处理[J].《电力建设》，1999.9
[6]原君亮.海水冷凝器用S44660铁素体不锈钢焊管的发展 [J].《不锈》，2011.4
【关键词】凝汽器；超级铁素体不锈钢S44660；钛管
1、前言
在滨海电站机组中，凝汽器换热管的选择，对凝汽器投资总额和运行维修费用的影响较大。本文从超级铁素体不锈钢S44660（以下简称“S44660”）的化学成分、耐蚀性能、物理和力学性能等方面的指标，对比其与钛管和铜管各自具有的性能特点，分析超级铁素体不锈钢管在凝汽器换热管安装改造中的技术经济性。
2、S44660的机械性能
S4660的超级铁素体不锈钢管的特点是Cr，Mo元素的含量较高，并用Ti，Nb作为稳定化元素，S44660含C+N低于400ppm，PRE值大于37，决定了其优异的耐蚀性能和加工、焊接性能。经过特殊设计和工艺处理的S44660焊管能够在海水环境中、在Cl-含量高的化工行业中进行长期服役，目前在役的最高已达31年。在美国等发达国家S44660焊管已经广泛在沿海电厂发电机组的冷凝器、海水淡化、制盐业、含氯离子较高的化工等行业中使用。对比S44660目前主流使用的凝气器管材的主要力学性能如表1所示。
表1 S44660与其他凝气器管材的力学性能比较表
机械性能 S44660 Ti Grade2 BFe30-1-1 HSn70-1
密度（g/cm3） 7.7 4.4 8.9 8.54
硬度（HRB） 100 92 97 90
抗拉强度（MPa） ≧585 ≧450 ≧370 ≧295
屈服强度（MPa） ≧450 ≧320 ≧167 ≧147
弹性模量（GPa） 214 110 118 108
延伸率 20% 18% 25% 35%
热导率20℃/W（m·K） 17 17 46 109
线胀系数（×10-6/℃） 10 9.0 17.8 20.2
从表1中数据进行分析，S44660在力学性能具有以下优势：
（1）硬度（HRB），该指标主要衡量管材的耐磨性，硬度越高，材料的耐磨性越好。S44660的硬度指数为100略高于钛管的92，说明S44660的耐磨性优于钛管，但不是很明显。
（2）抗拉强度及屈服强度，该指标主要衡量管材的刚性和强度，S44660的强度明显优于钛管及其他材质。
（3）弹性模量，该指标主要衡量管材的抗振性，彈性模量越大，抗振性能越好。S44660的弹性模量值是钛管的近一倍，抗振性明显优于钛管。
（4）延伸率，主要衡量材料塑性，该性能S44660略高于钛管。
（5）热导率，主要衡量材料的热力性能，热导率越小，传热能力越小。S44660与钛管热导率相同，铜管的传热效果最好。
引用原军亮等人对凝汽器管材其他几种腐蚀形式的研究结果：对比常见管材比蒸汽冲击、磨蚀、氨蚀、硫化物点蚀、铁/锰腐蚀、氯应力腐蚀、氢脆性能如表2所示。
表2 几种材料的耐腐蚀性能比较【6】
性能＼材料 海军黄铜 B10 B30 Ti A2 S44660
蒸汽冲击腐蚀 差 合格 中 中 优
磨蚀/冲蚀 差 合格 中 良 优
氨蚀 差 合格 中 优 优
氯点蚀 合格 中 良 优 优
硫化物点腐蚀 差 差 合格 优 优
铁/锰 腐蚀 中 中 良 优 优
氯应力腐蚀 优 优 优 优 优
氢脆 优 优 优 差 合格
从表2可以看出，S44660的整体抗腐蚀性能整体优于钛管，明显好于常规不锈钢管和铜管。S44660在研制之初就专门为抵抗氯化物溶液（海水）中的局部点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂而特别考虑，特别适用于滨海电站。
3、S44660的经济性能
S44660为铁素体不锈钢不含镍，主要成分为铬和铁，受昂贵的镍价影响较小，成本低廉，历史价格稳定，供货周期短。同等规格的凝气机组，应用铁素体不锈钢的价格与钛管相比可节省20%～40%。而且S44660性能优异，在整机装置使用中，泄漏率低，维护少，使用寿命长（目前服役时间最长的是31年），由此到来的经济效益更高。表5总为S44660与钛管在新机组中安装的成本与周期比较。
表3 S44660与钛管在新机组中安装的经济性比较
新机制造项目 方案一 方案二
管材：S44660
管板： AL-6XN 管材：钛
管板：钛复合板
350MW等级机组
凝汽器 管材总价（万元） 750 1295
工程总造价（万元） 1050 1650
安装周期 20天 40天
800MW等级机组
凝汽器 管材总价（万元） 1700 2700
工程总造价（万元） 2050 3050
安装周期 30天 50天
经济性对比 方案一可比方案二节省成本35%
利用海水作为冷却介质，原使用铜质换热管的老机组凝汽器在改造换管时，无论采用何种管材、何种改造方案都应首先满足抗振性，抗腐蚀性和热力性能方面的要求。
在不改换原管板的情况下，仅将原铜管更换为钛管，就必须对凝汽器结构进一步进行改造：对凝汽器水室也需同时改造，重新布管、重新布置中间隔板间距，这些工作量就相当于更换1台凝汽器，改造费用会大大增加，施工期也会延长。
相比较之下，采用高性能S44660管的换管方案更加简便可行。以华能汕头电厂1号、2号机组的凝汽器管材改造为例，在老机组改造中，由于只需更换管子，其他如管板、隔板零件均可回用，因而可以缩短改造周期，改造后凝汽器的运行情况良好。根据最新掌握的资料，已使用S44660的冷凝器投运至今，没有发生过管损情况。
4.结论
S44660具备良好的耐蚀性能、强度高、延性强，在氯化物含量高和可能因微生物引起腐蚀（MIC）的环境中具有良好的效果。S44660防腐蚀性能不逊于钛管，有些性能例如抗冲击性能甚至优于钛管，且S44660价格便宜，具有良好的经济性能，因此其在老机组换管改造工程中具备良好的技术经济性，在钛管价格目前仍居高不下的情况，新机组凝汽器热交换管采用超级铁素体不锈钢管，也不失为一种合理可行的选择。
参考文献
[1]赵佳鸣，陈逸峰.超级铁素体不锈钢换热管在电站凝汽器设备中的应用[J].《电站辅机》，2009.4
[2]汪德良.凝汽器钛管在我国发电厂中的应用现状[J].《有色金属》，1999.12
[3]梁磊.沿海电厂凝汽器用管材研究[J].《中国电力》，2009.1
[4]王洪斌.关于凝汽器换管改造中选管问题的探讨[J]《黑龙江电力》，2004.4
[5]旷仲和.华能汕头电厂1号汽机凝汽器管板渗漏原因及处理[J].《电力建设》，1999.9
[6]原君亮.海水冷凝器用S44660铁素体不锈钢焊管的发展 [J].《不锈》，2011.4