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沿海电厂凝汽器用管材研究

发布时间：2011/3/27 阅读次数：5954 字体大小: 【小】【中】【大】

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一般来说，当钝化膜破裂电位Eb 远低于析氧平衡电位ϕ时，认为发生点蚀；当Eb 在析氧平衡电位ϕ附近时，认为发生了过钝化溶解[4]。因此要使不锈钢不发生点蚀，所选不锈钢在相应冷却水工况条件下的Eb 应≥析氧平衡电位ϕ。析氧平衡电位ϕ可用下式计算[5]
ϕ=ϕo+[(2.303RT)/4F]lgpO2-[(2.303RT)/F]pH-[0.2415-7.6×10-4(t-25)]
式中，ϕo 为25℃时的标准电极电位1.229V；R 为通用气体常数8.315J/(K.mol)；T 为水的绝对温度；F 为法拉第常数96485Coul；pO2 为氧的分压力，凝汽器工况条件下可近似取0.1013MPa，换算成大气压后带入公式计算，t 为水温℃。
pH 为8 的400C 模拟海水的析氧平衡电位ϕ的计算如下
ϕ=1.229-[(2.303×8.315×313)/96484.6]×8-[0.2415-7.6×10-4(40-25)]=0.502 (V)=502 mV
(SCE)
pH 和温度越低（温度影响较小），则ϕ越高，从安全角度考虑，可用实际冷却水中较低的pH 和温度计算ϕ。若取pH=7，温度15℃，则
ϕ=1.229-[(2.303×8.315×288)/96484.6]×7-[0.2415-7.6×10-4(15-25)]=0.580(V)=580mV
(SCE)
不锈钢管Sea-Cure 、316L 和钛管TA2 的点蚀电位见表5，表中数值为多次测试的算术平均值。

从表5 可知，316L 的点蚀电位Eb 远低于析氧平衡电位ϕ，很容易在海水中发生点蚀。
Sea-Cure 和钛管TA2 的极化电流急剧增加的电位Ei 远高于析氧平衡电位ϕ，而且在强极化时有气泡产生，打磨后未发现点蚀坑。所以Sea-Cure 和钛管TA2 的极化电流急剧增加可能是析氧反应引起的，Sea-Cure 和钛管TA2 的Ei 差别则可能是二种材料的析氧过电位不同所致。因此可以认为超级铁素体不锈钢管Sea-Cure 和钛管TA2 在海水中具有同样优异的耐点蚀性能。美国和台湾电厂的长期实践也证明了超级铁素体不锈钢管Sea-Cure 在海水中具有优异的耐腐蚀性能。
3.4 传热性能比较
由文献[1，6] 可知，管材导热系数对凝汽器的总传热效率影响很小，普通不锈钢管凝汽器的总传热效率与铜管差不多。由表1 和文献[1，6] 可知，超级铁素体不锈钢管的导热系数比普通不锈钢管高，与钛管基本一样；超级奥氏体不锈钢管的导热系数比普通不锈钢管和钛管低。超级不锈钢管的壁厚比铜管小，与钛管一样，甚至在同样条件下，可以比钛管薄。因此，可以认定超级铁素体不锈钢管凝汽器的总传热效率与钛管基本一样，也不比铜管低。
3.5 经济性能比较
近几年，钛、铜、镍的价格飞涨，而且钛管供不应求，交货期很长。超级铁素体不锈钢管不仅技术性能好，而且由于含镍量很低，具有很大的价格优势。我们咨询了部分制造商，以超级铁素体不锈钢管Sea-Cure 为基准，凝汽器管单位长度近期相对参考价格见表6（管外径 25mm，价格包括各种税和包装费）。密度以实测值为准，如无实测值，则用参考文献值。

从表6 可知，超级奥氏体不锈钢管AL-6XN 和白铜管BFe30-1-1 由于含镍量较高，价格最高；钛管和超级奥氏体不锈钢管254 SMo 次之；超级铁素体不锈钢管最低。钛管和BFe30-1-1 管材费用比超级铁素体不锈钢管Sea-Cure 分别高53%和70%，据此一台600MW机组凝汽器，用超级铁素体不锈钢管代替钛管或BFe30-1-1 铜管，仅管材费就可节省一千多万元。而且因为泄漏率低，由此带来的经济效益更高。
4 结论
1) 超级不锈钢管特别是超级铁素体不锈钢管的强度、刚度明显高于钛管和白铜管。
2) 凝汽器4 种常用管材在含砂海水中的的耐磨蚀性能从高到低，依次为超级铁素体不锈钢管Sea-Cure、钛管TA2、白铜管BFe30-1-1 和BFe10-1-1。
3) 超级铁素体不锈钢管Sea-Cure 在海水中的耐腐蚀性能远高于白铜管和普通不锈钢管，与钛管相近。
4) 超级铁素体不锈钢管凝汽器的总传热效率与钛管基本一样，且不比铜管低。超级奥氏体不锈钢管的导热系数比钛管略低，对凝汽器总传热效率影响不大。
5) 海水凝汽器单位换热面积的管材费用由高到低依次为：超级奥氏体不锈钢AL-6XN，白铜管BFe30-1-1，钛管，超级奥氏体不锈钢254SMo，白铜管BFe10-1-1，超级铁素体不锈钢管Sea-Cure 和AL29-4C。超级铁素体不锈钢管具有很好的价格优势和经济性能。
6) 旧机组铜管不论是换钛管还是超级不锈钢管，都要注意防止管板的电偶腐蚀。使用阴极保护时要防止钛管和超级铁素体不锈钢管发生氢脆。超级铁素体不锈钢管AL29-4C 还要注意防止发生“不同金属缝隙腐蚀（DMC）”。
沿海电厂凝汽器应优先选用超级不锈钢管特别是超级铁素体不锈钢管。
参考文献
[1] 梁磊，周国定，解群，等. 不锈钢管在我国凝气器上的应用前景[J]. 中国电力，1998，(11)：37.
[2] Plymouth Tube 公司、Allegheny Ludlμm 公司和 International Tubular Products公司技
术资料
[3] F.Mansfeld，G.Liu et al，The corrosion behavior of copper alloys，stainless steels and
titaniμm in seawater，Corrosion science 1994，36（12）：2063
[4] 杨武，顾濬祥，黎櫵燊，等. 金属的局部腐蚀[M]. 北京：化学工业出版社，1993.
[5] 王杏卿主编. 热力设备的腐蚀与防护. 北京：水利电力出版社，1988：29
[6] 梁磊，周国定，倪鹏，等.铜陵电厂凝汽器黄铜管换不锈钢管[J]. 汽轮机技术，2004，46（4）：305～307，309

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