1目前,國內電廠300MW、600MW及以上機組中高壓加熱器換熱管選用的材質主要有SA-556C2、15D3、SA556B2、不銹鋼SA688TP304等。其中SA-556C2使用最普遍,因此對這些材料的化學成分、機械性能和使用條件作以下說明。
    (1)15D3是法國鋼管標準NFA49-215中的一個鋼號,其合金元素只有Mo,平均含量為0 30%,其它的Cr、Ni、Cu、Sn、Al等元素都是殘余元素,不控制下限。和它相當的鋼管有德國標準DIN17175的15Mo3和中國國家標準GB5310的15MoG,在美國ASME規范允許選用的材料目錄中沒有和15D3相當的材料。ASME鋼管SA-556C2是給水加熱器專用的無縫冷拔低碳鋼管。按ASME規范VIII-1篇規定,SA-556C2的使用溫度最高為800 (426 7℃)。
  (2)兩個鋼號化學成分比較:NFA49-21515D3的C含量上限為0 22%,SA-566C2的C含量上限為0 30%,但采購SA-556C2鋼管時,一般將C含量控制在較低水平,實際制造的產品一般C含量控制在0 17%～0 19%。而15D3含有0 30%的Mo,這對焊接是很不利的,如果再有較高的Cr、Ni等殘余元素,將對焊接更不利。
  (3)力學性能比較:SA-556C2的力學性能,不管是常溫還是高溫,普遍都比15D3高,由此可見相同溫度下的許用應力也是SA-556C2比15D3高,而且它們的耐沖蝕性應和其力學性能有正相關性,也就是說SA556C2的耐沖蝕性能比15D3好。
  (4)15D3是法國標準NFA49-215中的一個牌號,現在這個標準已被歐洲共同體標準EN10216-2代替,相應的牌號為16Mo3。15D3或16Mo3受控制的合金元素只有Mo,其它Cr、Ni等元素都是殘余元素,有人認為進口的15D3鋼管同時含有0 3%Mo、0 3%Cr和0 3%Ni,從而提高了它的性能,這只是一種誤解。標準規定Cr、Ni控制在0 3%以下,法國VALLOUREC集團下專門生產熱交換管的瓦盧瑞克精密鋼管公司(VallourecPrecisonEtirage公司,簡稱VPE)公司則能控制在0 15%以下。如果要把Cr作為合金元素可選用EN10216-2的13CrMo4-5鋼管,但這種情況不多見。

  2關于換熱管的設計溫度選用
  根據HE1標準,管側最大設計溫度是相應于殼側設計壓力時的飽和蒸汽溫度。當具有過熱蒸汽冷卻段時,該段內直管段的溫度要比相應于殼側設計壓力時的飽和蒸汽溫度高35 (19 4℃)。根據該標準計算超臨界600MW機組高加管側設計溫度一般最高為325℃,遠遠低于HE1標準規定的碳素鋼換熱管(如SA-556C2)的最高金屬溫度800 (426 7℃)。在ASMEVIII-1篇UG-20中關于設計溫度選用規定:零件在設計時所采用的最高溫度不應低于零件在操作狀態下預期的平均金屬溫度(以整個厚度考慮)。以600MW超臨界機組3號高加為例(3號高加抽汽溫度最高),根據汽機熱力平衡圖和高加過熱蒸汽冷卻段的特點,如果以給水端差0℃考慮,正常工況下給水進出過熱段的溫度為216 4℃、220 7℃,蒸汽進、出過熱段的溫度為475 6℃、261 86℃,根據過熱段傳熱管內外的污垢、液膜和金屬熱阻,計算出3號高加過熱段進口區換熱管表面的平均金屬溫度為236 6℃,故換熱管的溫度是不可能達到蒸汽進口溫度。

  3傳熱管材質的性能與高加的壽命有關
  但對于汽輪機給水加熱器來說,不僅僅是材質問題,傳熱管進口處的渦流問題、過熱蒸汽冷卻段進口處的蒸汽流速、過熱蒸汽冷卻段出口的蒸汽溫度和縱向、橫向流速及疏水冷卻段進口疏水流速的控制和避免各處汽液二相流對傳熱管的沖蝕都是主要損壞原因。因為如果由于設計原因造成某處發生汽液二相流,那末損壞速度是很快的,而且不管是碳鋼管、合金鋼管、甚至不銹鋼管,都將很快沖蝕損壞,以至高加失效。

  4關于高加中使用不銹鋼換熱管
  換熱管材質的選用,首先要滿足性能、可靠性和使用壽命,再者比較價格。高壓加熱器的換熱介質:給水、蒸汽,給水經過除氧水質較好,從汽輪機來的蒸汽也很清潔,所以國內火電機組高加上一般均采用碳鋼管。核電機組由于其抽汽參數壓力較低,濕度大,不銹鋼換熱管雖然屈服強度低,但其抗拉強度卻較高,其耐沖蝕性能優于碳鋼管,從安全的角度考慮核電機組都采用不銹鋼換熱管。近期有項目要求火電機組高加使用不銹鋼換熱管,因此對高加使用要求不銹鋼與碳鋼換熱管高加做個對比:
  (1)不銹鋼傳熱性能差,同樣300MW機組高加熱交換面積要增加20%～30%左右。
  (2)不銹鋼換熱管的屈服強度低,300MW機組給水壓力、換熱管徑不變的情況下,管子厚度要增加30%左右,而不銹鋼換熱管厚度超過1 8m