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　　管理發(fā)電廠需要做出許多決定，而這些決定對(duì)公司的盈利有著重大影響。決定正確時(shí)可使管理團(tuán)隊(duì)得到贊揚(yáng)，而做出錯(cuò)誤的決定就意味著事故。燃料成本急劇攀升，美國(guó)的天然氣價(jià)格已從每1000立方英尺2 美元上升到高價(jià)格時(shí)的14美元。煤炭的合同價(jià)格(包括運(yùn)費(fèi)在內(nèi)的合同價(jià)格)已比前幾年翻了一番。操作運(yùn)行的任何改變，如管道發(fā)生堵塞，都會(huì)導(dǎo)致加熱成本的顯著增加。

　　1、管道故障

　　發(fā)電廠熱交換器管道有許多潛在的破壞機(jī)理。銅合金中常見的破壞機(jī)理與不銹鋼和高性能合金鋼的破壞機(jī)理有很大區(qū)別。下面分別進(jìn)行論述。

　　1.1 銅合金的問題

　　· 蒸汽側(cè)侵蝕

　　蒸汽側(cè)的銅合金常見的破壞機(jī)理是氨溝槽和應(yīng)力腐蝕裂紋。

　　氨造成的溝槽——除氧添加劑，如聯(lián)氨，可造成氨溝槽。氨與冷凝水相結(jié)合，沿支撐板向下流生成溝槽。

　　應(yīng)力腐蝕裂紋(SCC)——無論是海軍黃銅還是鋁黃銅均對(duì)氨引起的應(yīng)力腐蝕裂紋敏感。管子的殘余應(yīng)力高和氨會(huì)迅速形成應(yīng)力腐蝕裂紋。由氨溝槽和應(yīng)力腐蝕裂紋造成冷凝器的管道破壞很常見。

　　· 冷卻水側(cè)侵蝕

　　沖蝕—腐蝕——當(dāng)水的流速大時(shí)，水會(huì)沖掉銅合金上的保護(hù)氧化層，造成沖蝕—腐蝕。對(duì)于海軍黃銅和鋁黃銅來說，當(dāng)水的流速大于1.8米/秒時(shí)會(huì)產(chǎn)生這種情況。即使水的整體速度較低，但是局部區(qū)域渦流也會(huì)造成這種現(xiàn)象。一般產(chǎn)生這種沖蝕的地方是水入口端部。管道堵塞——如夾具形成的管道凸起造成的阻塞——四周形成的渦流會(huì)在幾天內(nèi)造成管道穿孔。

　　H2S和硫酸侵蝕——H2S和硫酸會(huì)破壞保護(hù)用的氧化層和阻止氧化層重新生成。絕大多數(shù)H2S和硫酸來源于腐朽的植物、硫酸還原細(xì)菌(MIC腐蝕)或是使用處理過的廢水。通常，當(dāng)把現(xiàn)有的冷卻水源從清水轉(zhuǎn)換為處理過的廢水六個(gè)月后，90-10銅鎳管道就會(huì)開始發(fā)生這種破壞。

　　一般腐蝕和銅的傳遞銅管上的氧化層是多孔的，可使銅離子擴(kuò)散到水中。當(dāng)銅溶解時(shí)，管道逐漸變薄。當(dāng)水的條件為非腐蝕性時(shí)，銅的溶解很慢，使用年限為25年的銅管并不少見。然而，銅的傳遞仍然會(huì)對(duì)其他地方造成影響。

　　例如，在更換典型的300MW的用海軍黃銅管制造的冷凝器的管道時(shí)，原管道的重量會(huì)比原40萬磅少50%。這說明，已溶解了20萬磅的銅合金。這些銅不是進(jìn)入了蒸汽就是進(jìn)入了冷卻水。當(dāng)銅鍍?cè)阱仩t的管道上時(shí)，它會(huì)造成災(zāi)難性的液態(tài)金屬脆化。

　　1.2 不銹鋼

　　· 蒸汽側(cè)

　　所有的不銹鋼，包括商用鋼種(TP 304，TP316和其衍生鋼種)和高性能的鋼種耐包括所有聯(lián)氨衍生物在內(nèi)的多數(shù)鍋爐用化學(xué)藥品。在溫度更高時(shí)，有一種機(jī)理造成早期損壞，氯化物應(yīng)力腐蝕裂紋(SCC)，這些損壞發(fā)生在給水加熱器內(nèi)。

　　含8%Ni的鋼種(TP 304)對(duì)應(yīng)力腐蝕裂紋敏感，見圖1所示。當(dāng)發(fā)電設(shè)備從基本負(fù)載切換到循環(huán)模式時(shí)，設(shè)備發(fā)生破壞的情況就更多。氯化物在干濕交替的區(qū)域，主要在過熱后的冷卻區(qū)域濃縮。

　　· 冷卻水側(cè)

　　點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕—TP304和TP316對(duì)點(diǎn)蝕，縫隙腐蝕和與縫隙腐蝕相關(guān)的MIC敏感。如果冷卻水內(nèi)的氯化物含量分別超過150ppm 和500ppm，就不應(yīng)考慮使用TP304和TP316。和銅合金一樣，如果是以處理的廢水作為冷卻水源，也不應(yīng)考慮采用TP304和TP316。

　　可采用價(jià)值比較分析來確定何時(shí)開始進(jìn)行清理和/或更換管道。在確定何時(shí)更換管道時(shí)，應(yīng)基于“壽命周期”進(jìn)行。應(yīng)對(duì)設(shè)備的剩余壽命時(shí)間進(jìn)行分析。進(jìn)行分析時(shí)要考慮的各種因素包括：

　　· 初始管道成本;

　　· 安裝成本;

　　· 提高熱性能后燃料的節(jié)約;

　　· 降低冷卻水化學(xué)處理的成本;

　　· 由于汽輪機(jī)效率的損失，發(fā)電的減少;

　　· 降低或省去鍋爐管道和高壓汽輪機(jī)的清理費(fèi)用;

　　· 減少事故停車/減少堵塞泄漏的管道。

　　1.3 鈦

　　人們認(rèn)為Titanium Grade 2耐發(fā)電廠冷卻管路中產(chǎn)生的各種腐蝕。惟一的例外可能是零排放設(shè)備中使用的結(jié)晶裝置。在該裝置必須考慮采用Grade 7和12才行。但是，由于其彈性模數(shù)低，它容易產(chǎn)生振動(dòng)損壞。這一問題可能通過適當(dāng)?shù)墓こ淘O(shè)計(jì)來加以解決。

　　2、價(jià)值比較

　　下面是一個(gè)冷凝器模型標(biāo)準(zhǔn)的舉例，用來幫助確定采用現(xiàn)有管道繼續(xù)運(yùn)行的真實(shí)成本，以便就采用新管道還是繼續(xù)使用舊管道進(jìn)行成本方面的比較：

　　· 300MW燃煤電廠的冷凝器;

　　· 安裝16400管道，管道材質(zhì)為90-10銅鎳合金，尺寸為φ25.4mm×18 BWG(平均壁厚1.24mm)，12.86m長(zhǎng);

　　· 蒸汽負(fù)載為每小時(shí)671506kg，熱含量為109kcal/kg;

　　· 汽輪機(jī)排氣面積為34.8m2;

　　· 循環(huán)泵提供的設(shè)計(jì)流量為25878m3/h，在通過5.97m的管道時(shí)有壓頭損失;·現(xiàn)有管道中有6%堵塞;

　　· 通過積極的水化學(xué)處理，限度地減少了結(jié)垢，使HEI清潔度系數(shù)達(dá)85%;

　　· 一般的水入口溫度為29℃，但是，在夏季時(shí)溫度可高一些。

　　在我們的模型中，銅鎳合金管道每年約泄漏兩次左右。由于汽輪機(jī)葉片上產(chǎn)生銅沉積，每隔4～5年要對(duì)高壓蒸汽汽輪機(jī)進(jìn)行一次清理。在這段時(shí)間內(nèi)，設(shè)備的能力降低21MW。設(shè)備采用的是閉路冷卻水塔，為了確保管道和水塔的清潔，利用硫酸鐵對(duì)工業(yè)水進(jìn)行了化學(xué)處理，在冷卻水進(jìn)入管道后促使銅鎳合金再鈍化。實(shí)踐證明在類似的水中選用的材料性能良好。由于氯化物水平一般會(huì)達(dá)到700ppm以上，錳和鐵水平高，不考慮采用TP 304和TP 316。

　　蒸汽表面冷凝器用的HEI標(biāo)準(zhǔn)就是比較各種管道材料的熱性能和力學(xué)性能的極好基準(zhǔn)。除了確定反壓外，還需評(píng)估潛在的振動(dòng)損壞，水壓力增大的變化。表1所示為最初的分析結(jié)果。

　　一般來說，更換管道時(shí)，選擇22 BWG的不銹鋼管或鈦管。不銹鋼的彈性系數(shù)比銅合金要高，更加牢固。顯著地減少了振動(dòng)沖擊的影響。鈦管的彈性系數(shù)較低，要求采用支撐來防止振動(dòng)變化。銅管的內(nèi)徑和外徑上較厚的氧化表層使其清潔系數(shù)比不銹鋼管或鈦管要低，銅管的清潔度為85%，不銹鋼和鈦管的清潔系數(shù)為95%。

　　雖然初始設(shè)計(jì)流量為25878m3/h，當(dāng)壓頭損失變化時(shí)，流量發(fā)生變化。循環(huán)水采用的是低揚(yáng)程大流量泵，這種泵的流量對(duì)壓頭損失高度敏感。例如，管道堵塞6%造成的0.457m的水頭增加一般會(huì)導(dǎo)致冷卻水流量減少2%。管壁較薄時(shí)水頭較低會(huì)使流量增加3%。如有可能，電廠應(yīng)采用特殊性能的泵。在該分析中，我們以設(shè)計(jì)的入口水溫度作為基礎(chǔ)。當(dāng)電廠使用的冷凝器尺寸較小，在夏季的峰值條件下冷凝器的能力不足時(shí)，我們會(huì)在分析中采用最大入口水溫度。當(dāng)需要反壓較小或空間度較好時(shí)，它增加汽輪機(jī)的效率。對(duì)冷凝器來說，堵塞6%的管道會(huì)使反壓增加1.52mm Hg。HEI預(yù)測(cè)，鈦管的反壓降非常顯著，為4.07mm，超級(jí)鐵素體S44660的反壓降較低，為3.81mm。當(dāng)金屬導(dǎo)熱系數(shù)較低時(shí)，超級(jí)奧氏體N08367的反壓降僅為鈦管的一半，約為2.04mm。

　　多年以來，為了計(jì)算不會(huì)導(dǎo)致管道損壞的“安全范圍”，人們開發(fā)了許多不同的應(yīng)對(duì)振動(dòng)的方法。HEI的范圍就假定冷凝器管道振動(dòng)，支撐板應(yīng)有的間隔，使振動(dòng)幅度等于或小于管間連接空隙的1/3。該設(shè)計(jì)用來防止管的振動(dòng)。在該分析中，HEI預(yù)測(cè)銅鎳合金管支撐板的間距是936mm。計(jì)算的鈦管的范圍要短140mm，這說明振動(dòng)損壞的風(fēng)險(xiǎn)要高。N08367的間距要比Cu-Ni低一點(diǎn)。通過HEI計(jì)算，只有S44660的間距大于銅鎳合金。解決振動(dòng)問題常用的方法是在支撐板之間采用支柱。

　　反壓的變化會(huì)影響加熱效率和總的燃料成本。估計(jì)使用了20年以上的燃煤電廠的燃料平均成本為2.50美元/每百萬BTU(或每252000kcal)。我們已推斷出，在該發(fā)電廠反壓的Hg，每變化2.50mm都會(huì)使我們每發(fā)一度電節(jié)約或額外多使用15BTU(3.75 kcal)。除了增加燃料成本外，堵塞6%的管道每年還使我們多支出59000美元。模型表明，如果選用鈦合金制造的管道，每年額外節(jié)約157000美元，如果選用超級(jí)奧氏體N08367制造的管道，每年額外節(jié)約79000美元，如果最終選用超級(jí)鐵素體S44660，每年額外節(jié)約147000美元。

　　使用20年節(jié)約的燃料費(fèi)用相當(dāng)于鈦合金管道安裝費(fèi)用的92%，N08367合金管道安裝費(fèi)用的44%。利用N44660合金管道，初始費(fèi)用較低，導(dǎo)熱性能良好，可顯著降低燃料成本。僅通過燃料節(jié)約一項(xiàng)，管道的安裝和制造成本就可在14年內(nèi)收回。在對(duì)20年的運(yùn)行分析中并沒有包括一種非常重要的效能損失，但是表2的最后一行內(nèi)標(biāo)出了在高壓汽輪葉片上銅的沉積對(duì)財(cái)務(wù)的影響。在這種發(fā)電能力的發(fā)電廠，四年后發(fā)電量降低20MW或更多是可能的。我們采用以下假定：

　　· 汽輪機(jī)每隔4～5年清理一次。

　　· 平均降低5MW。

　　· 設(shè)備的作業(yè)運(yùn)行時(shí)間是85%。

　　· 每MW電的平均售價(jià)為55美元(根據(jù)能源中心的平均售價(jià))。

　　在20年內(nèi)總的收入損失是4095.3萬美元!這說明使設(shè)備有效運(yùn)行，特別是使汽輪機(jī)沒有銅沉積是多么重要。

　　3、總結(jié)

　　使熱交換器，特別是給水加熱器和冷凝器有效運(yùn)行是重要的，它牽涉到工廠是否盈利。不僅目前的運(yùn)行和維修至關(guān)重要，而且熱交換器的選材和對(duì)系統(tǒng)平衡的影響也至關(guān)重要。世界上越來越多的地方對(duì)銅的排放進(jìn)行控制，法律法規(guī)的修改也會(huì)迫使生產(chǎn)企業(yè)采用更加昂貴的管道。要考慮的因素有：

　　· 管道的清潔,

　　· 管道的材質(zhì)和厚度,

　　· 包括修改在內(nèi)的安裝成本,

　　· 選材對(duì)加熱效率的影響,

　　· 銅的傳遞的影響,

　　· 包括發(fā)電量降低在內(nèi)的冷凝器管道修理的成本,

　　· 由于鍋爐管道修理，事故停車和由此造成的發(fā)電量降低在內(nèi)的成本,

　　· 化學(xué)處理藥品的成本,

　　· 由于冷凝器能力降低造成的發(fā)電量損失,

　　· 由于發(fā)電設(shè)備效率降低造成的發(fā)電量損失的成本。