МЕДНО-НИКЕЛЕВЫЕ ТРУБЫ – СОВРЕМЕННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ТЕПЛООБМЕННЫХ АГРЕГАТОВ
УЧИМСЯ ЖИТЬ ПО СПРОСУ
УЧИМСЯ ЖИТЬ ПО СПРОСУ
МЕДНО-НИКЕЛЕВЫЕ ТРУБЫ –
СОВРЕМЕННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ
ТЕПЛООБМЕННЫХ АГРЕГАТОВ
Теплообменные трубы из
медно-никелевых сплавов относятся к наиболее
массовому виду металлопродукции, спрос на
которую определяет развитие таких отраслей
промышленности, как теплоэнергетика,
электроэнергетика, нефтехимическая
промышленность, судостроение и др.
Основными производителями
электроэнергии в Украине являются тепловые и
атомные электростанции. В настоящее время в
Украине работают 47 тепловых и 4 атомных
электростанции и, по данным Министерства
энергетики Украины, в 1998 г. ими выработано 90,8%
общего объема электроэнергии.
Тепловые и атомные
электростанции являются одними из металлоемких
производств, металлоконструкции которых на 80%
состоят из труб цветных и черных металлов. В
странах СНГ трубы из медно-никелевых сплавов в
конденсаторах и теплообменных аппаратах паровых
турбин составляли около 30% общего потребления
теплообменных труб.
НПО по исследованию и
проектированию энергетического оборудования им.
И.И. Ползунова на основании проведенной в 90-х
годах работы “Исследование коррозионной
стойкости перспективных трубных материалов для
теплообменного оборудования на тепловых и
атомных электростанциях”, а также на основании
опыта работы в этой области стран США, Японии,
Франции, Бельгии, Финляндии, Швеции,
Великобритании, Италии и ФРГ рекомендовало
применять для теплообменных аппаратов
конденсаторные трубы только из медно-никелевых
сплавов, так как они имеют преимущество по
сравнению с конденсаторными трубами из титана и
нержавеющих марок стали по таким основным
характеристикам, как коррозионная стойкость,
теплопроводность, стоимость их изготовления и
монтажа в конденсаторы и др.
В результате анализа работы
предприятий и организаций, многочисленных
публикаций сформулированы следующие требования
к трубчатым системам теплообменных аппаратов:
стойкость против коррозии в турбулентном потоке
и эрозии в проточной воде; сопротивление
точечной коррозии в стоячей воде: стойкость
против коррозии под напряжением в морской воде;
способность к горячей и холодной деформации;
возможность получения труб с
регламентированными требованиями к качеству;
регламентируемая прочность и пластичность;
высокая теплопроводность; стойкость против
биообрастания; гальваническая совместимость с
материалами трубных досок и водяных камер.
Медь и ее сплавы (в т.ч.
медно-никелевые) обладают уникальной
совокупностью перечисленных свойств и
продолжают занимать лидирующее положение в
качестве материала для теплообменных аппаратов.
Установлено, что конденсаторные
трубы из медно-никелевых сплавов МНЖ 5-1, МН-10 и
МНЖМц 30-1-1 имеют значительные преимущества по
сравнению с конденсаторными трубами из титана и
нержавеющих марок стали по следующим основным
показателям:
1. Теплопроводность.
Теплопроводность
конденсаторных труб из медно-никелевых сплавов
(МНЖ 5-1) выше теплопроводности труб из
нержавеющих марок стали в два раза и в 10 раз выше,
чем у титановых труб.
Это один из главных показателей
при выборе материалов для конденсаторных труб.
Расход энергоносителей (газ, мазут, уголь, торф)
при использовании труб из нержавеющих марок
стали или титана в конденсаторах паровых турбин
и будет значительно выше, чем при использовании
конденсаторных труб из медно-никелевых сплавов.
2. Цена.
Цена труб из медно-никелевых
сплавов ниже, чем цена труб из нержавеющих марок
стали. При изготовлении на ОАО “АЗОЦМ” цена (без
НДС) конденсаторных труб из сплава МНЖ 5-1
составляет 3700-3900 USD, МН-10 – 3900-4100 USD, МНЖМц 30-1-1 – 5500
USD.
3.Точность изготовления.
Допустимые отклонения по
наружному диаметру труб и толщине стенки труб:
– у медно-никелевых труб
допустимые отклонения по толщине стенки на 20%
ниже, чем у труб из титана и нержавеющих марок
стали. Применение труб из титана или нержавеющих
марок стали с минусовым допуском по толщине
стенки 12-15%, вместо 8-10% на трубах из
медно-никелевых сплавов, приведет к снижению
коррозионной стойкости труб из нержавеющих
марок стали или титана не менее чем на 5%.
4.Технологичность монтажа.
Относительная легкость
присоединения конденсаторных труб из
медно-никелевых сплавов к трубной доске.
5. Коррозионная стойкость.
Коррозионная стойкость труб из
медно-никелевых сплавов более высокая по
сравнению с трубами из нержавеющих марок стали, а
также с трубами из титана. Титановые трубы при
температурах более 50°С начинают активно
поглощать водород, что значительно охрупчивает
титан и приводит к снижению коррозионной
стойкости.
6. Стойкость против
биообрастания.
Образование отложений в
теплообменных трубах повышает турбулентность
потока и приводит к резкому увеличению скорости
воды на отдельных участках труб и к более
быстрому разрушению окисной пленки, ухудшению
теплообмена и к питинговой коррозии.
Причиной массового выхода из
строя конденсаторных труб является интенсивная
коррозия металла под слоем отложений ила,
моллюсков, рыбы, водорослей, увеличение
солесодержания влаги при упаривании воды,
разложение органических соединений при
повышенной температуре, что вызывает питинговую
коррозию на поверхности конденсаторных труб.
При применении труб в
конденсаторах из титана и нержавеющих марок
стали будет значительно увеличена вибрация труб,
что сократит срок их службы и станет источником
дополнительного производственного шума.
Мировой рынок теплообменных
труб из медно-никелевых сплавов в последние годы
характеризуется постоянно растущим спросом.
Анализ действующего на заводах Украины и стран
СНГ состава оборудования, многолетний опыт
производства теплообменных труб показали
потенциальные технические возможности и
реальные условия для создания современного
технологического процесса производства таких
труб с характеристиками, полностью
удовлетворяющими техническим требованиям
энергетической промышленности.
ОАО “Артемовский завод по
обработке цветных металлов” (ОАО “АЗОЦМ”)
совместно с Харьковским НПО “Турбоатом” до 1994 г.
являлись, с одной стороны, производителем, и с
другой стороны – потребителем конденсаторных
труб из медно-никелевых сплавов для строящихся
атомных электростанций. При строительстве
атомной электростанции на 1 блок-миллионник в
среднем потреблялось 900 т медно-никелевых труб.
ОАО “АЗОЦМ” освоил выпуск конденсаторных труб
из медно-никелевых сплавов с содержанием никеля
5%, 10% и 30%, диаметром 16-28 мм и длиной от 9,0 до 14,1
метра. Конденсаторные трубы МНЖ 5-1, МН-10 и МНЖМц
30-1-1 по техническому уровню соответствуют лучшим
мировым стандартам. На ОАО “АЗОЦМ” разработана
и внедрена в производство современная техника и
технология производства конденсаторных труб на
уровне лучших зарубежных фирм. Нагрев слитков
производится в индукционной печи,
безокислительное прессование трубной заготовки
производится на современном 3150 т.с.
гидравлическом прессе; прокатка труб, с целью
значительного уменьшения разностенности по
толщине трубы, производится на станах холодной
прокатки ХПТ 55-3-8; безокислительный отжиг готовых
труб производится в современной электрической
печи фирмы “Эбнер”. Стопроцентный контроль
качества труб производится на вихретоковом
дефектоскопе. С целью избежания образования
вмятин на трубах при их транспортировке и
укладке пакетами в контейнер при помощи
электромостового крана, эти операции
ликвидированы. Укладка труб в контейнер
производится автоматически в линии после отжига
в электрической печи фирмы “Эбнер”.
В 1992 г. ОАО “АЗОЦМ” освоило
безокислительный процесс отжига медно-никелевых
труб, что является дополнительным положительным
фактором увеличения их стойкости в процессе
эксплуатации.
С учетом многолетнего опыта
производства медно-никелевых труб для
теплообменных аппаратов, а также практического
контакта с потребителями данных труб у ОАО
“АЗОЦМ” накоплен значительный опыт по
применению труб в тех или иных конкретных
условиях, которым завод может поделиться.
Учитывая изложенное, авторы
статьи настаивают на том, чтобы те отечественные
потребители труб для тепловых аппаратов, которые
в настоящее время применяют трубы из нержавеющих
и титановых сплавов, критически отнеслись к их
дальнейшему использованию. Существующий
отечественный и мировой опыт говорит об
актуальности использования для теплообменных
аппаратов труб из меди и ее сплавов (в т.ч.
медно-никелевых).
Проблема обеспечения
теплообменных аппаратов трубами из современных
материалов может быть успешно решена при
совместном творческом подходе коллективами
изготовителей этой продукции – ОАО
“Артемовский завод по обработке цветных
металлов”, разработчиков конструкций и
изготовителей теплообменных аппаратов – НПО
“Турбоатом” и потребителями данной продукции –
тепловыми и атомными электростанциями Украины.
Отказаться от положительного
мирового опыта применения труб из
медно-никелевых сплавов для теплоэнергетики –
значит отбросить отечественную энергетику в
своем развитии, тратить значительно больше денег
и терять время по выводу энергогенерирующих
предприятий из кризисной экономической
ситуации.