牛旭娟、王旭高、魏毅（佛山市鑫澤昌不銹鋼有限公司，上海）

目前國內(nèi)300MW、600MW及以上機(jī)組高壓加熱器換熱管所用材料主要有SA-556C2、15D3、、不銹鋼等，其中SA-556C2是最常用，因此這些材料的化學(xué)成分、機(jī)械性能和使用條件如下所述。

1 現(xiàn)將SA-566C2和15D3鋼管的化學(xué)成分和力學(xué)性能進(jìn)行比較，見表1。

(1)15D3是法國鋼管標(biāo)準(zhǔn)NFA49-215中的鋼種。 其合金元素只有Mo，平均含量為0.30%。 Cr、Ni、Cu、Sn、Al等其他元素為殘留元素，不控制下限。 等效鋼管有德國標(biāo)準(zhǔn)的15Mo3和中國國家標(biāo)準(zhǔn)的15MoG。 美國ASME規(guī)范允許選用的材料清單中沒有與15D3等效的材料。 ASME鋼管SA-556C2是一種無縫冷拔低碳鋼管，專用于給水加熱器。 根據(jù) ASME 代碼 VIII-1，SA-556C2 的最高工作溫度為 800°C (426°C)。

(2)兩種鋼種化學(xué)成分比較：NFA49-的C含量上限為0.22%，SA-566C2的C含量上限為0.30%。 但在采購SA-556C2鋼管時(shí)，一般將C含量控制在較低的水平，實(shí)際制造的產(chǎn)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等殘留元素較高，則更不利于焊接。

(3)力學(xué)性能比較：SA-556C2的力學(xué)性能無論是常溫還是高溫，普遍高于15D3。 可以看出，SA-556C2在相同溫度下的許用應(yīng)力也高于15D3，它們的耐沖蝕性應(yīng)該與其力學(xué)性能正相關(guān)，也就是說，的耐沖蝕性為優(yōu)于15D3。

(4)15D3是法國標(biāo)準(zhǔn)NFA49-215中的一個(gè)牌號(hào)，現(xiàn)在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被歐共體標(biāo)準(zhǔn)-2所取代，對(duì)應(yīng)的牌號(hào)是16Mo3。 15D3或16Mo3的控制合金元素只有Mo，其余為Cr、Ni等，元素均為殘余元素。 有人認(rèn)為進(jìn)口15D3鋼管同時(shí)含有0.3%的Mo、0.3%的Cr和0.3%的Ni不銹鋼直管換熱管視頻，提高了其性能。 這只是一個(gè)誤會(huì)。 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Cr、Ni控制在0.3%以下，而法國集團(tuán)旗下專業(yè)生產(chǎn)換熱管的 （VPE）公司可將其控制在0.15%以下。 如果要用Cr作為合金元素，可以選擇-2 -5鋼管，但這種情況很少見。

2 關(guān)于換熱管的設(shè)計(jì)溫度選擇

根據(jù)HE1標(biāo)準(zhǔn)，管程最高設(shè)計(jì)溫度為殼程設(shè)計(jì)壓力對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽溫度。 當(dāng)有過熱蒸汽冷卻段時(shí)，該段直管段溫度比殼程設(shè)計(jì)壓力對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽溫度高35℃（194℃）。 根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，超臨界600MW機(jī)組高負(fù)荷管側(cè)設(shè)計(jì)溫度一般可達(dá)325℃，遠(yuǎn)低于碳的最高金屬溫度800℃（426·7℃） HE1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鋼制換熱管（如SA-556C2）。 . -1章節(jié)UG-20中規(guī)定了設(shè)計(jì)溫度的選擇：零件設(shè)計(jì)中使用的最高溫度不應(yīng)低于零件在工作狀態(tài)下的預(yù)期平均金屬溫度（考慮整個(gè)厚度） . 以某600MW超臨界機(jī)組3號(hào)增壓器為例（3號(hào)增壓器抽汽溫度最高），根據(jù)汽輪機(jī)熱平衡圖和超臨界機(jī)組過熱蒸汽冷卻段的特點(diǎn)，若供水端差為0℃，正常工況下進(jìn)出過熱段的給水溫度為216.4℃和220.7℃，進(jìn)出過熱段的蒸汽溫度為475.6℃和261.86°C。 根據(jù)過熱段換熱管內(nèi)外的臟物、液膜和金屬熱阻，計(jì)算出3號(hào)過熱段進(jìn)水區(qū)換熱管表面金屬平均溫度高位加熱器為236 6 °C，換熱管溫度達(dá)不到進(jìn)汽溫度。

3 換熱管材料的性能關(guān)系到高速管的壽命

但對(duì)于汽輪機(jī)給水加熱器來說，不僅是材料問題，還有傳熱管進(jìn)口渦流問題，過熱蒸汽冷卻段進(jìn)口蒸汽流量，蒸汽溫度在過熱蒸汽冷卻段出口、縱向和橫向流速及疏水冷卻。 管段入口疏水流速的控制和避免汽液兩相流對(duì)換熱管的沖蝕是造成損壞的主要原因。 因?yàn)槿绻捎谠O(shè)計(jì)原因某處發(fā)生汽液兩相流，破壞速度非常快，無論是碳鋼管、合金鋼管，甚至是不銹鋼管，都會(huì)被腐蝕和損壞非?？?strong>不銹鋼直管換熱管視頻，甚至失效。

4 關(guān)于高家不銹鋼換熱管的使用

換熱管材料的選擇首先要滿足性能、可靠性和使用壽命，然后再比較價(jià)格。 高壓加熱器換熱介質(zhì)：給水、蒸汽，給水經(jīng)過除氧處理，水質(zhì)較好，汽輪機(jī)出來的蒸汽也很干凈，所以國內(nèi)火電機(jī)組普遍采用碳鋼管。 由于核電機(jī)組抽汽參數(shù)壓力低、濕度大，不銹鋼換熱管雖然屈服強(qiáng)度低，但抗拉強(qiáng)度高，抗沖蝕性能優(yōu)于碳鋼管。 從安全角度考慮，核電機(jī)組均采用不銹鋼換熱管。 最近有項(xiàng)目要求火電機(jī)組使用不銹鋼換熱管，所以對(duì)不銹鋼換熱管和碳鋼換熱管的高添加要求做一個(gè)比較：

(1)不銹鋼傳熱性能差，300MW機(jī)組高換熱面積應(yīng)增加20%～30%左右。

(2)不銹鋼換熱管的屈服強(qiáng)度低。 300MW機(jī)組供水壓力和換熱管管徑不變時(shí)，管厚應(yīng)增加30%左右，不銹鋼換熱管厚度超過18mm，焊管不能使用。 只能使用冷拔有縫管，所以不銹鋼換熱管和碳鋼管的價(jià)格相差4萬多一噸。

(3)由于換熱管壁厚增加，管內(nèi)面積減小，同一機(jī)組的換熱管根數(shù)也隨之增加，導(dǎo)致管徑增大加熱器外殼和水室。 綜合以上因素，若300MW火電機(jī)組在大功率廠房采用不銹鋼換熱管，單臺(tái)成本將增加400萬元以上。

5 SA-556C2用于外高橋900MW機(jī)組和石洞口600MW超臨界機(jī)組的高效換熱管。 其中，石洞口兩臺(tái)機(jī)組已運(yùn)行12年多，換熱管未發(fā)生任何泄漏，外高橋高家機(jī)組也已安全運(yùn)行。 因此，在符合法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，經(jīng)過國內(nèi)外實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，ASME標(biāo)準(zhǔn)SA-556C2鋼管是一種完全適用于高壓加熱器的低成本鋼管。大容量超臨界和超超臨界機(jī)組。 ，高效傳熱管。