Материалы, применяемые при изготовлении теплообменных аппаратов
Материалы, применяемые для изготовления корпусных деталей аппаратов должны обеспечивать их надежную работу в течение расчетного срока службы с учетом заданных условий эксплуатации, состава и характера среды коррозионной активности. Для изготовления узлов и деталей аппаратов применяются углеродистые, низколегированные и нержавеющие стали.
Качество и свойства материалов и полуфабрикатов должны удовлетворять требованиям соответствующих стандартов и технических условий подтверждаться сертификатам поставщиков на каждый лист материала. В случае неполноты сведений в сертификате все необходимые испытания производятся заводом-изготовителем теплообменного аппарата.
Повышенные требования к надежности конденсаторов и теплообменников ТЭС и АЭС обуславливают внимание конструкторов к коррозии труб. Наряду с различными способами защиты труб от коррозии, первостепенное значение имеет правильный выбор материала труб в зависимости от свойств охлаждающей воды с учетом конструктивных, эксплуатационных и экономических факторов.
В отечественной и зарубежной практике до сих пор наиболее широко распространены трубы из медных сплавов. Хорошая теплопроводимость, низкая стоимость и удовлетворительный срок службы предопределили их широкое использование.
При неагрессивной охлаждающей воде применение дешевых оловянистых латуней типа ЛО-70 - вполне привычное дело для зарубежных заказчиков, а медноникелевый сплав МНЖ-5-1 —более привычен для России. На морской воде предпочтение отдается алюминиевым мышьяковистым латуням типа ЛАМШ-77-005, алюминиевым латуням типа ЛА-77-24, либо медноникелевым сплавам типа МНЖМц-70-30-1-1, МН90/10. В специальных случаях могут быть использованы и иные медноникелевые сплавы, например МН-15 и МН 80/20. Чрезвычайно важным для надежности конденсаторов является выбор материала трубной доски и способы закрепления труб в трубных досках. В зависимости от эксплуатационных условий и требований заказчика используются трубные доски из углеродистой или нержавеющей стали, медных сплавов, титана или из двухслойного материала (обычно углеродистая сталь покрытая титаном или нержавеющей сталью).
Из многочисленных способов крепления труб к трубным доскам используется вальцевание и обварка концов труб. В последние годы становится распространённым так называемое вальцевание с проставочными элементами. Специальные испытания и опыт эксплуатации таких соединений в течение последних лет подтвердили их высокую надежность.
Известно, что нержавеющая сталь и титан обладают более низкой теплопроводностью по сравнению с медными сплавами. Тем не менее, в последние годы, растет число заказов на теплообменники и конденсаторы с трубками из титана и нержавеющей стали. Это обусловлено с одной стороны коррозионной стойкостью этих материалов, и с другой стороны их экономической доступностью в последние годы. Нержавеющие трубы все чаще заказываются для подогревателей систем регенерации и теплофикации ПТУ, реже для конденсаторов ПТУ.
Трубы из нержавеющих сталей характеризуются высокой стойкостью к эрозионным и кавитационным воздействиям и повышенной коррозионной стойкостью в средах, содержащих аммиак. Как известно, применение аммиакосодержащих веществ при подготовке питательной воды вызывает вынос меди из конденсатора и подогревателей, оснащенных трубами из медных сплавов, что приводит к нежелательным отложениям меди в парогенераторе и проточной части турбины. В связи с этим, применение труб из нержавеющих сталей повышает их коррозионную стойкость, как со стороны охлаждающей воды, так и со стороны конденсирующегося пара. Обычно для трубок конденсаторов на морской воде рекомендуются легированные молибденом (2-6 %) нержавеющие стали. Вместе с тем, в морской воде при высоком содержании хлоридов могут возникнуть точечные (питтинговые) разрушения труб из нержавеющих сталей. Это требует внимания к очистке труб в эксплуатации, особенно при остановке турбины с обязательной, как правило, промывкой труб пресной водой. Кроме того, серьезную опасность повреждения нержавеющих труб вызывают такие виды коррозии, как коррозия под отложениями и и коррозионное растрескивание под напряжением. При использовании труб из нержавеющих сталей толщина стенки таких труб обычно на 20-30% меньше толщины стенки труб из медных сплавов для частичной компенсации ухудшения теплопроводности труб из нержавеющих сталей.
Титановые трубы считаются наилучшим решением вопроса коррозии конденсаторных труб при агрессивном воздействии охлаждающей воды. На поверхности титана образуется (при температуре до 130°С) плотная окисная пленка, которая защищает металл от разных видов коррозии даже в сильно загрязненной морской воде. Весьма обстоятельное изучение титановых труб свидетельствует об их высокой коррозионной-эрозионной стойкости даже в загрязненной песком морской воде. Пониженная примерно вдвое против, мельхиора теплопроводность титана может быть учтена уточнением тоже вдвое стенки трубы. Толщина стенки труб из титана для конденсаторов колеблется в пределах 0,5…0,7 мм.
Таким образом, конструкторско-технологические решения при проектировании оборудования предусматривают применение широкого перечня материалов, удовлетворяющих заданным эксплуатационным условиям и требованиям заказчиков. Современное высокоэффективное технологическое оборудование обеспечивает необходимое качество изготовления и надежность конструкции.