Конденсаторов

При проектировании конденсаторов паровых турбин большое значение имеет обоснованный выбор конструкционных материалов, поскольку от этого в значительной мере зависят эффективность и надежность разрабатываемых конструкций.

Перечень основных требований, предъявляемых к материалам, из которых изготавливаются конденсаторы, включает в себя функциональные, технологические, стоимостные и надежностные аспекты, важнейшими из которых являются:

1. Достаточная механическая прочность для заданных рабочих параметров теплоносителей с учетом требований, предъявляемых при испытании аппаратов на прочность и герметичность.

2. Наилучшая способность материала свариваться, обрабатываться резанием, давлением, подвергаться изгибу и т.п.

3. Достаточная общая коррозионная стойкость материала, включая стойкость против возможных видов коррозионного разрушения (межкристаллитная коррозия, электрохимическая коррозия, коррозия под напряжением и др.).

4. Низкая стоимость материала.

Создаваемая конструкция конденсаторов должна быть не только технически совершенной, отвечающей всем требованиям современного уровня техники, но и технологичной в изготовлении.

С учетом условий эксплуатации конденсаторов элементы их корпусов обычно изготавливаются из качественной углеродистой стали марки 20К (ГОСТ 5520-79) или обыкновенного качества стали Ст3сп (ГОСТ 380-94), фланцы корпусов и водяных камер, а также трубные доски – из стали марок 20К и 22К (ГОСТ 5520-79).

Наиболее распространенными материалами для трубок конденсаторов, работающих на пресной воде, являются латуни марок Л68, ЛО70-1 (ГОСТ 15527-70) и медно-никелевый сплав марки МНЖ5-1 (ГОСТ 492-73). Для трубок конденсаторов, работающих на морской воде, обычно применяется медно-никелевый сплав (мельхиор) МНЖМц30-0,8-1 (ГОСТ 492-73). В зависимости от условий эксплуатации достаточно широко применяются нержавеющие стали 08Х18Н10Т, 1Х18Н9Т и др. (ГОСТ 5632-72).

В табл. 5 приведены основные технические характеристики материалов, наиболее часто применяемых для изготовления трубок теплообменных аппаратов энергетических установок: химический состав материалов, плотность (ρ), модуль упругости (Е), коэффициент теплопроводности (λ) и коэффициент линейного расширения (α). Коэффициент теплопроводности медных сплавов зависит в основном от содержания меди и никеля, причем увеличение содержания меди повышает коэффициент теплопроводности сплава, а наличие никеля снижает его, хотя и увеличивает одновременно коррозионную стойкость материала. Максимальное значение коэффициента теплопроводности для медных сплавов – у Л96, а минимальное – у МНЖМц30-1-1, так как этот сплав с высоким содержанием никеля. Коэффициент линейного расширения медных сплавов выше, чем у стали, что в некоторых случаях необходимо учитывать при выборе материала трубок. Это обусловлено различием температурных расширений трубок пучка и корпуса аппарата и, соответственно, требует применения различных методов компенсации термических расширений. При выборе материала трубок необходимо учитывать такие показатели надежности, как коррозионная стойкость и вибрационная надежность трубок из этого материала. При замене латунных трубок нержавеющими появляется возможность увеличения скорости воды в трубках аппарата с 2 до 4 м/с и, соответственно, увеличения теплопроизводительности аппарата, однако с другой стороны вызовет увеличение гидравлического сопротивления аппарата.

Табл. 5. Технические характеристики материалов, применяемых для изготовления трубок теплообменных аппаратов энергетических установок

Материал	Обозначение	Химический состав, %	, кг/м3	МПа	Вт/(м К)	1/°С
Латунь	Л68	Сu = 67...70 Zn — остальное		11,5	104,7	19,0
Л96	Сu = 95…97 Zn - остальное		11,4	243,0	17,0
Л070-1	Сu = 69...71 Sn = l,0...1.5 Zn - остальное		10,5	117,3	19,7
ЛАМШ77-2-0.05	Cu = 76...79 Al = l,75...2,5 As = 0,025...0,06 Zn - - остальное		10,2	134,1	19,2
Медно­ никелевый сплав	МНЖМцЗО-1-1	Ni = 29…31 Mn = 0,5...1,0 Fe = 0,5…1,0 Сu - - остальное		14,5	37,3	16,0
МНЖ5-1	Ni = 5,0...6,5 Mn = 0,3…0,8 Fe = l,0…1,4 Сu - - остальное		15,4	129,9	16,4
МН19	Ni = 18...20 Сu - остальное		14,0	38,5	16,0
Сталь	08Х18Н10Т	C 0,08 Si 0,8 Mn 2,0 Cr = 17...19 Ni = 9...11 Ti = = 0,3…0,7		21,0	15,9	16,0
12Х1МФ	C = 0,08...0,15; Si = 0,17...0,37; Mn = 0,4...0,7; Cr = = 0,9…1,0; Mo = 0,25...0,35; V = 0,15…0,30		21,2	38,5	11,8
Сталь20	C = 0,17…0,24 Si = 0,1…0,37 Mn = 0,35...0,65		20,2	50,6	11,6
Титановый сплав	ВТ 1-0	Fe = 0,25 Si =0,10 C =0,07 O2 =0,12 N2 = 0,04 H2 = 0,01 Ti — остальное		11,0	19,0	8,3
ОТ4-0	Al = 0,2...1,4 Mn = 0.2...1,3 Ti — остальное		10,6	13,0	8,1

Возросшее загрязнение циркуляционной воды и более широкое применение оборотной системы водоснабжения привели в последнее время к почти полному отказу от латунных трубок для конденсаторов турбин. Вместо них стали применяться трубки из нержавеющей стали (08Х18Н10Т, 1Х18Н9Т) и медно-никелевого сплава (90% Cu, 10% Ni).

Титан (в виде титановых сплавов) – сравнительно новый конструкционный материал для трубок, имеющий в сравнении с другими материалами самую высокую устойчивость к коррозии. Титановые трубки изготавливаются, как правило, сварными с толщиной стенки 0,5…0,7мм. Стоимость таких трубок значительно выше, чем латунных. Титановые трубки допускают бо́льшие скорости охлаждающей воды и имеют бо́льший срок службы, чем латунные и медно-никелевые, что окупает дополнительные затраты на их установку.

Общая загрязняемость титановых трубок (особенно при высокой жесткости и солесодержании охлаждающей воды) существенно меньше, чем латунных и медно-никелевых, что определяется его низкими адгезионными свойствами.

Существенным недостатком титана является его способность вызывать электрохимическую коррозию контактирующих с ним материалов. Кроме того, при наличии в паре свободного водорода титан имеет склонность к водородному растрескиванию, данное обстоятельство наиболее существенно для одноконтурных АЭС.