总第106期电 站 辅 机Vol.106
2008年9月第3期September.2008,No.3PowerStationAuxiliaryEquipment
文章编号:167220210(2008)0320026204
铁素体439焊管在给水加热器中的应用
刘尔静
(上海电气电站设备有限公司上海电站辅机厂,上海 200090)
摘 要:文中论述了铁素体439焊管的特质,压加热器换热管,已经普遍使用这种管材,,同时,在镍供应相对紧张及镍价高涨情况下,。关键词:铁素体;奥氏体;不锈钢;换热器;传热管;;中图分类号:TB35 :B
439FerriteTubetoFeedwaterHeater
LIUErjing
(ShanghaiPowerStationAuxiliaryEquipmentWorks,ShanghaiElectricPowerGenerationEqnitpment
Co.,Ltd.,Shanghai,200090,China)
Abstract:Thefeaturesof439ferriteweldedtubehavebeendescribedinthearticle.OwingtothepriceadvantageofthistubecomparedwiththeconventiondausteniteSS.tube,theabove2mentionedtubeisverypopularastheheatexchangingtubeinheatexchangersofnuclearpowerunitabroadandverygoodefficiencyhasbeenobtained.ItispracticaltosubstituteferriteSS.tubeforcarbontubeorausteniteSS.tubeinthecaseofnickeisinshortsapplyandthepriceofnickelisininflation.
Keywords:ferrite;austenite;stainlesssteel;heatexchanger;heattransfertube;substitute;powerstation;application
1
概述
高压加热器、低压加热器、凝汽器是汽轮发电机组中重要的辅机设备,这些换热器的性能和运行可靠性,将直接影响发电机组整体运行的经济性和安全性。随着我国电力工业的迅速发展,高参数,大容量机组数量不断增加。参数提高,容量增大,也使换热器的尺寸越来越大,同时也增加了设计、制造的难度。频繁的启停和急剧的负荷变化,使换热器的运行工况越来越恶劣。换热器投运率低的问题就成了影响机组等效可用率的重要原因之一。换热器的故障停用,均会使机组的经济性和出力受到影响。造成换热器投运率低和损坏的原因是多方面的。经
收稿日期:收稿日期2008206212
各种停运的数据统计,换热器管系泄漏使换热器故障停运所占比重最大,而换热管被冲蚀和各类腐蚀是造成管系泄漏的最主要原因。
2 换热管的选材
国内电站换热器使用的换热管主要有碳钢管、不锈钢管、钛管和黄铜管等。碳钢管的抗腐蚀特性较差,对冲蚀也极其敏感,同碳钢管相比较而言,不锈钢换热管在耐冲蚀、耐腐蚀性方面有着无法比拟的优越性,可延长换热器的运行寿命,但目前国内大量使用的奥氏体不锈钢管高昂的价格,又往往使电厂用户望而却步,且其材质对应力腐蚀也极其敏感,制约了以不锈钢换热管在高压加热器等传统碳钢管
作者简介:刘尔静(19642),女,本科,毕业于上海交通大学,现任上海电站辅机厂材料副总工程师。
26
()
表1 GB、EN和ASME等标准中含Cr17%的铁素体不锈钢化学成分对照
牌号数字代号
C≤Si≤Mn≤P≤S≤≤EN10088-3
X2CrTi171.45200.0250.500.500.0400.0150.0～18.0～0.60
SA803TP439
/0.071.001.000.0400.20+4(C+N)～1.10
领域的发展。铁素体不锈钢换热管,以ASMESA803TP439为例,其传热性能优于奥氏体不锈
(%)
GB1277100Cr17
(022Cr18Ti)(S11863)0.0300.751.000.0350.030/16.00～19.000.10～1.00
钢,硬度高,具有优良的抗砂蚀和抗进口端磨损的能力,并且不含镍,相比传统奥氏体不锈钢具有价格优势,国外核电机组中的高加已普遍使用这种管材,并取得良好的运行业绩。为了进一步提高加热器的使用寿命及可靠性,同时在镍供应相对紧张及镍价高涨情况下,研究铁素体不锈钢管替代碳钢或奥氏体不锈钢的可行性具有一定的现实意义。
3 铁素体不锈钢的应用与发展
铁素体不锈钢作为1种不含镍的铬不锈钢使用状态下,,量在11%～30%,、元素,热系数大,、、抗应力腐蚀优良等特点。、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。目前,发达国家的不锈钢消费中,铁素体钢的使用比例比中国高很多。国产铁素体不锈钢发展缓慢与其性能有很大关系,传统的铁素体不锈钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点,因而限制了它的应用。
以前,由于冶炼技术的限制,铁素体不锈钢在深冲、防腐、焊接性能上达不到材质要求,只能采用含镍不锈钢。伴随冶金技术的不断改进,炉外精炼、连铸连扎、连续退火工艺的应用,以及设备的大型化,铁素体不锈钢材质的各方面性能现已被大幅度提高。高铬系列不锈钢因含钼较高,在抗氯和强酸性条件下比奥氏体不锈钢具有更大优势,在很多领域可与奥氏体不锈钢互换使用。类似典型奥氏体不锈钢通常称作300系列不锈钢,铁素体不锈钢牌号在ASTM标准中以4开头,故一般统称为400系列不
400系列不锈钢已成熟应用在许多工业领域。已开发出有优异成形性铁素体不锈钢、高耐蚀性铁素体不锈钢,超纯铁素体不锈钢、食品加工用抗菌铁素体不锈钢,超高温性铁素体耐热不锈钢等,广泛应用于汽车行业,家电行业,石油石化行业的油管,高铬不锈管还应用于海水热交换器管,电厂换热系统、冷凝器、蒸发器和烟气脱硫装置等。以美国普利茅斯公司为例,自1983至2004年,为美国大陆提供各类电站给水加热器和凝汽器用TP439换热管共计
9,976,146m(32,730,138英尺)。3.1 TP439与TP304的性能比较
目前,国内电厂300MW、600MW及以上机组中不锈钢加热器换热管选用的材质主要有SA688TP304、SA213TP304/304N、SA803TP439等。其
中SA688TP304使用最普遍,因此对这些材料的化学成分、机械性能等各项指标进行逐一说明。
表2 化学成分
材料牌号
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Ti
(%)
≤≤≤≤≤≥
0.20+4(C+N)～1.10
锈钢,JIS,ASTM,EN概括了普通成分的铁素体不锈钢,即11%Cr(409,410),18%Cr(430,436,439,444),22%Cr(445)以及30%Cr(447)等,其中一些
TP4390.071.001.000.0400.030
00～
0.5
19.0018.0～8.0～20.011.0
TP3040.081.002.000.0450.030
牌号含有稳定元素钛和铌。铬含量的多少旨在平衡耐腐蚀性及韧性。这些钢种允许碳及氮的含量在0.01%～0.03%之间。而铌和钛的添加量在8(C+N)%～0.8%之间,固溶碳和氮,以利稳定化处理。Cr含量17%铁素体不锈钢是文中研究的重点,其
表3 常温力学性能
项目
TP439TP304
屈服强度
MPa
抗拉强度
MPa
伸长率
Lo=50mm %
硬度
HRB
≥205≥215
≥415≥515
≥20≥35
≤90≤90
详细化学成分如表1。
27
()表4 不同温度下许用应力
室温
100℃125℃150℃200℃250℃300℃325℃350℃/
TP30411796.291.287.481.176.672.771.270.0
TP[1**********].591.585.981.980.379.
7/
(MPa)
有更大的抗热应力风险能力。可见铁素体不锈钢TP439其传热性能优于奥氏体不锈钢,并且它硬度
高,具有优良的抗砂蚀和抗进口端磨损的能力,国外核电机组中的高加早已普遍使用这种管材,现国内在一些1000MW核电机组中的高加,也采用了TP439焊管作为换热管。3.2 管子管板焊接试验
为了验证TP439,用模拟换热。试验SA公司的全
(MPa)
表5 不同温度下的屈服极限
材料名称
-30～40℃65℃100℃125℃150℃175℃200℃225℃250℃275℃300℃325℃350℃
SA803TP439
[***********][**************]
:,使用焊丝直径为-3,焊丝熔敷金属的化学成8;管板的材料为20MnMo,换热管为规格
总第106期电 站 辅 机Vol.106
2008年9月第3期September.2008,No.3PowerStationAuxiliaryEquipment
文章编号:167220210(2008)0320026204
铁素体439焊管在给水加热器中的应用
刘尔静
(上海电气电站设备有限公司上海电站辅机厂,上海 200090)
摘 要:文中论述了铁素体439焊管的特质,压加热器换热管,已经普遍使用这种管材,,同时,在镍供应相对紧张及镍价高涨情况下,。关键词:铁素体;奥氏体;不锈钢;换热器;传热管;;中图分类号:TB35 :B
439FerriteTubetoFeedwaterHeater
LIUErjing
(ShanghaiPowerStationAuxiliaryEquipmentWorks,ShanghaiElectricPowerGenerationEqnitpment
Co.,Ltd.,Shanghai,200090,China)
Abstract:Thefeaturesof439ferriteweldedtubehavebeendescribedinthearticle.OwingtothepriceadvantageofthistubecomparedwiththeconventiondausteniteSS.tube,theabove2mentionedtubeisverypopularastheheatexchangingtubeinheatexchangersofnuclearpowerunitabroadandverygoodefficiencyhasbeenobtained.ItispracticaltosubstituteferriteSS.tubeforcarbontubeorausteniteSS.tubeinthecaseofnickeisinshortsapplyandthepriceofnickelisininflation.
Keywords:ferrite;austenite;stainlesssteel;heatexchanger;heattransfertube;substitute;powerstation;application
1
概述
高压加热器、低压加热器、凝汽器是汽轮发电机组中重要的辅机设备,这些换热器的性能和运行可靠性,将直接影响发电机组整体运行的经济性和安全性。随着我国电力工业的迅速发展,高参数,大容量机组数量不断增加。参数提高,容量增大,也使换热器的尺寸越来越大,同时也增加了设计、制造的难度。频繁的启停和急剧的负荷变化,使换热器的运行工况越来越恶劣。换热器投运率低的问题就成了影响机组等效可用率的重要原因之一。换热器的故障停用,均会使机组的经济性和出力受到影响。造成换热器投运率低和损坏的原因是多方面的。经
收稿日期:收稿日期2008206212
各种停运的数据统计,换热器管系泄漏使换热器故障停运所占比重最大,而换热管被冲蚀和各类腐蚀是造成管系泄漏的最主要原因。
2 换热管的选材
国内电站换热器使用的换热管主要有碳钢管、不锈钢管、钛管和黄铜管等。碳钢管的抗腐蚀特性较差,对冲蚀也极其敏感,同碳钢管相比较而言,不锈钢换热管在耐冲蚀、耐腐蚀性方面有着无法比拟的优越性,可延长换热器的运行寿命,但目前国内大量使用的奥氏体不锈钢管高昂的价格,又往往使电厂用户望而却步,且其材质对应力腐蚀也极其敏感,制约了以不锈钢换热管在高压加热器等传统碳钢管
作者简介:刘尔静(19642),女,本科,毕业于上海交通大学,现任上海电站辅机厂材料副总工程师。
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表1 GB、EN和ASME等标准中含Cr17%的铁素体不锈钢化学成分对照
牌号数字代号
C≤Si≤Mn≤P≤S≤≤EN10088-3
X2CrTi171.45200.0250.500.500.0400.0150.0～18.0～0.60
SA803TP439
/0.071.001.000.0400.20+4(C+N)～1.10
领域的发展。铁素体不锈钢换热管,以ASMESA803TP439为例,其传热性能优于奥氏体不锈
(%)
GB1277100Cr17
(022Cr18Ti)(S11863)0.0300.751.000.0350.030/16.00～19.000.10～1.00
钢,硬度高,具有优良的抗砂蚀和抗进口端磨损的能力,并且不含镍,相比传统奥氏体不锈钢具有价格优势,国外核电机组中的高加已普遍使用这种管材,并取得良好的运行业绩。为了进一步提高加热器的使用寿命及可靠性,同时在镍供应相对紧张及镍价高涨情况下,研究铁素体不锈钢管替代碳钢或奥氏体不锈钢的可行性具有一定的现实意义。
3 铁素体不锈钢的应用与发展
铁素体不锈钢作为1种不含镍的铬不锈钢使用状态下,,量在11%～30%,、元素,热系数大,、、抗应力腐蚀优良等特点。、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。目前,发达国家的不锈钢消费中,铁素体钢的使用比例比中国高很多。国产铁素体不锈钢发展缓慢与其性能有很大关系,传统的铁素体不锈钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点,因而限制了它的应用。
以前,由于冶炼技术的限制,铁素体不锈钢在深冲、防腐、焊接性能上达不到材质要求,只能采用含镍不锈钢。伴随冶金技术的不断改进,炉外精炼、连铸连扎、连续退火工艺的应用,以及设备的大型化,铁素体不锈钢材质的各方面性能现已被大幅度提高。高铬系列不锈钢因含钼较高,在抗氯和强酸性条件下比奥氏体不锈钢具有更大优势,在很多领域可与奥氏体不锈钢互换使用。类似典型奥氏体不锈钢通常称作300系列不锈钢,铁素体不锈钢牌号在ASTM标准中以4开头,故一般统称为400系列不
400系列不锈钢已成熟应用在许多工业领域。已开发出有优异成形性铁素体不锈钢、高耐蚀性铁素体不锈钢,超纯铁素体不锈钢、食品加工用抗菌铁素体不锈钢,超高温性铁素体耐热不锈钢等,广泛应用于汽车行业,家电行业,石油石化行业的油管,高铬不锈管还应用于海水热交换器管,电厂换热系统、冷凝器、蒸发器和烟气脱硫装置等。以美国普利茅斯公司为例,自1983至2004年,为美国大陆提供各类电站给水加热器和凝汽器用TP439换热管共计
9,976,146m(32,730,138英尺)。3.1 TP439与TP304的性能比较
目前,国内电厂300MW、600MW及以上机组中不锈钢加热器换热管选用的材质主要有SA688TP304、SA213TP304/304N、SA803TP439等。其
中SA688TP304使用最普遍,因此对这些材料的化学成分、机械性能等各项指标进行逐一说明。
表2 化学成分
材料牌号
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Ti
(%)
≤≤≤≤≤≥
0.20+4(C+N)～1.10
锈钢,JIS,ASTM,EN概括了普通成分的铁素体不锈钢,即11%Cr(409,410),18%Cr(430,436,439,444),22%Cr(445)以及30%Cr(447)等,其中一些
TP4390.071.001.000.0400.030
00～
0.5
19.0018.0～8.0～20.011.0
TP3040.081.002.000.0450.030
牌号含有稳定元素钛和铌。铬含量的多少旨在平衡耐腐蚀性及韧性。这些钢种允许碳及氮的含量在0.01%～0.03%之间。而铌和钛的添加量在8(C+N)%～0.8%之间,固溶碳和氮,以利稳定化处理。Cr含量17%铁素体不锈钢是文中研究的重点,其
表3 常温力学性能
项目
TP439TP304
屈服强度
MPa
抗拉强度
MPa
伸长率
Lo=50mm %
硬度
HRB
≥205≥215
≥415≥515
≥20≥35
≤90≤90
详细化学成分如表1。
27
()表4 不同温度下许用应力
室温
100℃125℃150℃200℃250℃300℃325℃350℃/
TP30411796.291.287.481.176.672.771.270.0
TP[1**********].591.585.981.980.379.
7/
(MPa)
有更大的抗热应力风险能力。可见铁素体不锈钢TP439其传热性能优于奥氏体不锈钢,并且它硬度
高,具有优良的抗砂蚀和抗进口端磨损的能力,国外核电机组中的高加早已普遍使用这种管材,现国内在一些1000MW核电机组中的高加,也采用了TP439焊管作为换热管。3.2 管子管板焊接试验
为了验证TP439,用模拟换热。试验SA公司的全
(MPa)
表5 不同温度下的屈服极限
材料名称
-30～40℃65℃100℃125℃150℃175℃200℃225℃250℃275℃300℃325℃350℃
SA803TP439
[***********][**************]
:,使用焊丝直径为-3,焊丝熔敷金属的化学成8;管板的材料为20MnMo,换热管为规格