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电厂凝汽器管材的生产、应用现状及市场前景分析

发布: 2006-12-20 15:56 |  作者: 汪德良 |  来源: 中国电厂化学网 |  查看: 290次

我国发电厂凝汽器管材的生产、应用现状及市场前景分析
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汪德良1,曹顺安2中国电厂化学网"Uq)F+U#Y:]

(1. 国家电力公司热工研究院,陕西西安 710032;2. 武汉大学应用化学系,湖北武汉 430072)

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摘要:对我国发电厂常用凝汽器管材(铜合金管、钛管、不锈钢管)的研究发展历史及应用现状进行回顾性综述,并对各种凝汽器管材的应用市场前景进行简要分析。中国电厂化学网`"C&eMn]

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关键词:凝汽器管材;铜合金管;钛管;不锈钢管;发电厂中国电厂化学网9p6WYg!JH-d| ?

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0 概述中国电厂化学网'lC#];_(Gp

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凝汽器是构成火电厂及核电厂的重要设备之一,其可靠性将直接影响整个发电机组安全与经济运行。在火电厂及核电厂,由于凝汽器故障造成锅炉爆管、机组被迫停机事故时有发生,给电力生产带来极大损失,因此电厂对于凝汽器可靠性及严密性要求十分严格,尤其对凝汽器管材的选用、制造质量及应用技术提出了愈来愈高的要求。根据最新电力行业标准DL/T 712—2000《火力发电厂凝汽器管选材导则》规定,发电厂凝汽器可选管材主要为各类无缝铜合金管、钛管和不锈钢管(以薄壁焊接为主)。中国电厂化学网_M;vNx#[H8?Pl

wZ3T0cdk3z7V(W4A0铜合金管具有良好的热传导性和一定的抗腐蚀性能,且易于与管板连接,价格又较便宜,使整台热交换器造价较低,所以铜合金管一直是我国发电厂凝汽器、闭式冷却器、低压加热器、油冷却器等热交换器的首选管材,在电力行业有广阔的应用市场。但由于其抗冲刷性能有限、抵御污染物腐蚀的性能差、易于诱发沉积物下腐蚀等原因,主要局限于内陆地区的清洁水域电厂。中国电厂化学网2MfDs"Ps_;O m!]

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钛管具有优异的耐腐蚀、抗冲刷、高强度、比重轻和良好的综合机械性能,虽然其导热率较低,但可利用其高强度、减小管壁厚度降低其本身热阻。目前,钛管主要作为海滨电厂、核电厂及部分冷却水水质污染恶劣的沿江内陆电厂凝汽器的首选管材。尽管由于钛管和钛板或复合钛板焊制而成的全钛凝汽器整体严密性极高,但整套全钛凝汽器高昂的一次性投资限制了钛管广泛应用。

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ATkU+K5b6m(W0不锈钢管与铜管相比,抗冲刷、抗污染水质的腐蚀能力强,使用价格介于铜管与钛管之间,其导热率最低,但也可通过减小管壁厚度降低其本身热阻。目前,不锈钢管在我国电厂的运用处于初步阶段,主要用于含盐量较高或水质污染的内陆淡水地区。国产常用凝汽器管材所适应的水质条件如表1所示。

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1 发展概况

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1.1 铜合金管

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#S;eu!SDm_ p(KR9I0电厂凝汽器管材的选用与我国冶金行业热交换器管材品种的开发与研究紧密相连。70年代前,我国电厂以使用各类不加砷的黄铜管为主,由于这类铜管存在着严重的脱锌腐蚀等现象,给电力安全生产带来很大影响。1984年,电力行业《火力发电厂凝汽器管选材导则》(SD186—84) 和国家标准GB8890—88《热交换器用铜合金管》首次颁布实施,基本确定了加砷系列黄铜合金管和铜镍合金管的使用地位,取消了无砷黄铜管牌号的生产及其在电力行业的使用。中国电厂化学网 t L#`}^p:M

_ |+F~ s$V}+N/p0加硼含砷锡黄铜管HSn70-1B与HSn70-1A相比,在中等含量的冷却水中,具有更好的耐腐蚀性能。1990年首先通过2部(冶金部和电力部)技术鉴定,随后在许多电厂得到逐步推广。最近几年,各主要铜管生产厂家都推出各自的加硼黄铜管,纷纷进入电力系统,大有取而代之HSn70-1铜管趋势。但由于该产品缺乏标准化,不乏鱼目混珠的产品流入电力系统,在一定程度上影响了该产品在电力系统的信誉和推广使用进程。中国电厂化学网-ONE1JK$Lk7p

'H-V H,E%T y0随着我国经济体制从计划经济向市场经济逐步转轨,铜合金管在发电厂中的应用也经历了从买方市场到卖方市场逐步转化的过程。在1990 年前的计划经济体制时代,主要以买方市场为主,加之当时我国凝汽器钛管尚处于试制试用阶段,且始终没有形成批量生产规模,各类铜合金管供不应求。1990 年后,随着市场双轨制的实施和逐步扩大开放,为确保发电厂的安全经济运行,许多沿海新建电厂和个别内陆电厂不惜一次性高投资,从国外引进大量的焊接钛管和不锈钢管,而将铜合金管的应用市场逐步局限在内陆地区。中国电厂化学网+i$?l]4}

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1.2 钛管中国电厂化学网7kHk'YO t7r

@-| [P)p5_B VM E)O0我国研制开发凝汽器钛管始于1978年,目的就是解决我国凝汽器铜合金管在污染水、海水及氨环境中腐蚀问题。由冶金部和原水电部共同合作,先后在电厂进行了国产无缝钛管插管试验和现场模拟试验。1983年8月,我国第1台无缝钛管全钛凝汽器问世,在台州电厂2号机125MW机组上安装投运。同年,国家科委委托北京有色金属研究总院、沈阳有色金属加工厂和哈尔滨汽轮机厂进行研制薄壁焊接钛管及全钛凝汽器的联合攻关,1985年12月,D25mmx0.6mm薄壁焊接钛管通过国家技术鉴定。1987年1 月,由西安热工研究所组织管材生产厂、汽轮机制造厂、电厂等单位共同承担了“国产焊接钛管的装机工业性试验”项目,在广东省沙角/ 发电厂2号机200MW上首次进行国产焊接钛管运行考核试验。结果表明,国产焊接钛管质量已达到实际装机使用水平。

0Z$R;B M6iV4g0中国电厂化学网"T y&[ k-bV%O

1.3 不锈钢管

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"V(F _n&U5|+uO:[q0不锈钢管应用于凝汽器最早始于1958年,在国外发达国家已具有40 多年的历史,但在我国仅有10来年的历史,尚缺乏足够的使用经验,且所用的凝汽器薄壁不锈钢管基本来源于进口。

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2 使用现状中国电厂化学网k4G-}#U?d

'l_] gS!wi D0根据最新凝汽器管材使用情况调查表明,从1984年《导则》颁布后,内陆地区电厂的凝汽器管以加砷黄铜合金管和铜镍合金管为主,主要有加砷的HSn70-1、HA177-2、HSn70-1B、BFe30-1-1( 或B30)及BFe10-1-1(或B10)。选用铜合金管的电厂水质条件基本都在《导则》规定的范围内。1984年前, 在调查范围内有2’ 台机组的凝汽器使用的H68、H70、HA170-1.HA177-2、HSn70-1等系列不加砷的黄铜管均在!"#0 年前更换为加砷系列的黄铜管。中国电厂化学网z,u2y5ptKA)]4d(T/I

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为避免在空抽区汽侧发生黄铜管的氨腐蚀,新设计的凝汽器一般在主冷凝区使用加砷的HSn70-1、HA177-2、HSn70-1B 管,空抽区设计采用BFe30-1-1、BFe10-1-1 或1Cr18Ni9Ti 等不锈钢管。在空抽区设计采用黄铜管的旧机组凝汽器许多都发生过汽侧氨腐蚀,现已更换为BFe30-1-1、BFe10-1-1,有效地避免了汽侧的氨腐蚀。

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NU7`J)I/B-n0沿海地区以使用薄壁焊接钛管全钛凝汽器为主。特别是在“八五”和“九五”期间,随着沿海经济迅速发展,极大地促进了沿海地区电厂建设,带动了全钛凝汽器广泛应用。随着电力行业主要转向发展300MW以上的高参数大容量机组,人们更长远地认识到机组安全经济运行,认识到全钛凝汽器的严密性对保证机组长期安全运行的重要性,给全钛凝汽器广泛应用提供了契机和市场。据不完全统计,截中国电厂化学网,?:^{ A@N{g h!Q*aG

6I7n2k.zK+J |?e01998年底,全国已有近30个电厂94台机组采用全钛凝汽器或凝汽器钛管,机组累计总容量达到26997MW,钛管总用量将近3400t。1991年后,平均每年有约2000MW使用全钛凝汽器的机组投入运行,钛管年平均用量在250t以上。这些钛管基本都是焊接钛管,且基本来自进口,主要来自日本、美国、法国、英国等国家。1999年后,计划投运或已批在建机组中,还有8380MW机组使用全钛凝汽器,钛管用量约1320t 左右。中国电厂化学网 ] |S:ar'o

S(xdZS;C"x*~g0尽管我国前些年还没有生产凝汽器不锈钢管的专业厂家,但市场需求已把凝汽器不锈钢管带入电厂。从1989年上安电厂第1台350MW机组的不锈钢管凝汽器投入运行,目前我国电厂已有12台机组(容量达3300MW)设计使用了不锈钢管凝汽器,运行时间最长达9a,还没有发现腐蚀泄露问题。目前所有的不锈钢管主要来自进口。由于不锈钢管在我国实际运行经验不足,不锈钢管的使用暂时还没有形成相当规模,但薄壁焊接不锈钢管凝汽器的使用仍呈明显的逐渐上升趋势。中国电厂化学网1G T7~8K}/p

P_^#nRb"o v2w03 生产与供应现状

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h)}6K VZi_[9a1|\9i0目前,生产各类铜合金管的厂家主要是沈阳有色金属加工厂、上海中鑫铜管有限公司(原上海铜加工厂)、洛阳铜加工厂、西北铜加工厂、长沙铜铝材厂、沈阳盛发铜业有限公司等6大厂家,货源基本能满足国内电厂发展需求。我国电厂凝汽器专用管材的生产厂家情况如表2 所示。中国电厂化学网6f6a vbO

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&pos)\:uD6OK+Us04 应用前景分析

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P/Nu.x,^y2N04.1 铜合金管与不锈钢管

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;?5l^^!hD!G z0铜合金管的价格优势仍是其在电厂中占主导地位的主要原因。表3 列出了电厂常用凝汽器管材的价格比较。然而,由于铜合金管抗水质污染能力较弱、使用维护工作量大等原因,其应用市场主要局限在内陆地区的清洁水域。即使在内陆地区,由于近年来许多水体环境受到污染,或由于节水原因,电厂循环冷却水浓缩倍率大大提高,许多电厂热交换器的冷却水质变得愈来愈差,对凝汽器等热交换器管的耐蚀性能也提出更高要求。由于不锈钢管比铜合金管具有更好的抗水体污染和抗冲刷能力,且从单位长度使用价格比可看出,不锈钢管与一般黄铜合金管价格基本持平,与铜镍合金管相比也具有明显的竞争优势。近几年,国内外不锈钢管厂商也已瞄准中国电力市场,不仅希望将不锈钢管推广应用在内陆各种水质条件的电厂,同时也瞄准旧机组凝汽器的改造,期望在电力行业分得一席之地,这势必对铜合金管在电厂的应用市场构成一定的威胁。

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此外,随着不锈钢管在电力行业使用业绩不断增加,电厂用户对不锈钢管也逐渐看好。尽管在这次《火力发电厂凝汽器管选材导则》修订中,由于我国不锈钢管生产厂家极少,没有正式的国内产品标准依据,而没有将选用不锈钢管正式列入到《导则》中,但已明显增加了参考选用不锈钢管的较多条文。在当今买方市场中,这显然也是铜合金管生产厂商所要面临的一个挑战。同时也说明,大力开展薄壁焊

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接不锈钢凝汽器管的科研与生产,也将是凝汽器管专业生产厂家的一个方向。不锈钢管在我国电厂中必将有着更广泛的应用前景。中国电厂化学网dy.Rd t7]e

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W!V'XgE.}}L0尽管如此,在将来较长的一段时期内,铜合金管在内陆地区电厂中的使用仍占主导地位。主要应用在新建电厂主凝汽器、闭式冷却器(或轴冷器)、油冷却器等热交换器管上及旧机组相应设备的换管改造上。为确保铜管在电厂的应用市场,铜管生产厂家应做到以下几点:加强生产质量管理与控制,确保现有品牌铜管的供货质量;与电力科研部门、应用部门继续携手合作,不断解决电厂出现的新问题;加强自身科研投入,不断开发新的优质品种,以适应电厂不断恶化的水质条件需要。对于新的优质牌号铜管(如新型加硼含砷铜合金管等),应加快产品标准化的制定和完善工作,以利于电厂的推广应用。中国电厂化学网t-x4I@0?

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4.2钛管

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全钛凝汽器在我国的应用已从沿海水域、海水倒灌水域,发展到部分内江高含盐量或高含砂量水域的电厂。尽管我国无缝钛管全钛凝汽器及焊接钛管的插管试验都已顺利完成并早已通过技术鉴定,但电厂钛管凝汽器国产化问题并无多大进展,尤其是焊接钛管的国产化。其主要问题在以下几方面:中国电厂化学网kP^v)j

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(1)国产无缝钛管的成品率低、造价高,与国外早已成熟的焊接钛管无法形成竞争优势。除在1990年前有所应用外,1990年后,基本再无应用市场。我国仅有13 台机组(总容量达1690MW)的凝汽器使用了国产无缝钛管。

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J&~#~6O {l7| z0(2)焊接钛管插管试验虽于1991年6月通过国家技术鉴定,但随着当时经济体制改革的深入,电力投资市场逐渐开放等多方面原因,原定的“国产焊接钛管的模拟全钛凝汽器试验”及“国产焊接钛管全钛凝汽器应用范例((200MW机组用)”整机考核试验未能按计划进行。人们对国产焊接钛管的整机运行水平及可靠性缺乏信心,许多电厂出于安全考虑,不敢轻易采用国产焊接钛管,不得不仍花费大量外汇从国外进口。中国电厂化学网&|+O0{\'k{6Z

*@~sO"j^#nB_N0(3)由于国内缺乏配套的薄壁钛带轧制生产线,焊接钛管生产线成为“无米之炊”,一时无法提供电力行业所需的大量焊接钛管。薄壁钛带仍依赖进口,也限制了焊接钛管国产化生产。中国电厂化学网 i Rtz.qL!l Y

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(4)由于国产焊接钛管无法形成批量,其生产成本较高,市场价格也高居不下,无法与配套进口的全钛凝汽器形成竞争优势,同样限制了焊接钛管国产化。全钛凝汽器具有优异的耐腐蚀性,投运后一般不存在腐蚀造成的损坏和换管,使用寿命高达30-40a ),但初投资费用高,从我国目前电力基建投资实力和决策看,全钛凝汽器主要还是用在沿海沿江新建电厂及个别水质恶劣的内陆新建电厂。中国电厂化学网5G z.t9v'Nk IA

7I P-?*q.b l e1O0对于有些水质污染、需要凝汽器改造的内陆地区电厂,由于焊接钛管壁薄,具有较低的弹性模量,要求支撑板的跨距较小,如果更换焊接钛管,一般要求中间支撑板有相应的增加,同时,钛管与普通管板的联接、管板的防腐等一系列技术问题需要解决。而焊接或无缝不锈钢管的弹性模量大,对内陆地区部分污染水质也具有相当的耐蚀性能,其价格也便宜得多。随着我国薄壁不锈钢管的发展,可用薄壁不锈钢管直接更换和设计取代部分铜合金管。所以,在内陆电厂某些凝汽器管更换改造及选用方面,不锈钢管将更具有钛管不可比的优势。

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由于电力发展的结构调整,近期在沿海沿江新建电厂也将受到一定限制,但并不意味停止发展。为在将来电力发展的某一新高峰,继续争取实现电厂全钛凝汽器的国产化,促进我国钛工业发展,特提出以下建议:尽快解决生产全钛凝汽器的配合设施,包括薄壁钛带及大型整体钛管板或钛复合管板的生产设备及相关技术;继续提高焊接钛管批量生产质量,与国际对应产品接轨;继续加强管材生产厂、汽轮机制造厂、电力用户及科研单位协作,及早完成国产整台全钛凝汽器(焊接钛管)的应用范例考核试验;力求降低生产成本,调整焊接钛管的市场价格,使之具备与同类进口产品竞争的价格优势,以符合和满足市场经济需求。

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参考文献:中国电厂化学网1l}#W%~+n^,t2nN

g!sT ve7Ay0[1]火力发电厂凝汽器管选材导则(DL/T 712-2000)[2S3 北京:中国电力出版社,2001中国电厂化学网:R}lv FjH

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[2]汪德良.我国火电厂凝汽器管材的应用现状调查报告(内部资料)[R] 1998中国电厂化学网iO]6J6o[y

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