第一篇：火力電廠蒸汽、給水四大汽水管道材料選擇

火力電廠蒸汽、給水四大汽水管道材料選擇 【摘要】四大汽水管道是電廠系統(tǒng)的重要組成部分，管道材料的機(jī)械特性和高溫性能將直接影響電廠機(jī)組的性及今后運(yùn)行的可靠性。本文以楊凌發(fā)電廠為例，通過(guò)分析論證，結(jié)合四大汽水管道材料和應(yīng)用的現(xiàn)狀，提出該工程推薦的四大汽水管道材料并進(jìn)行規(guī)格優(yōu)化選擇。

【關(guān)鍵詞】主蒸汽管道；再熱蒸汽熱段管道；再熱蒸汽冷段管道；高壓給水管道；材料選擇

【Abstract】Four pipeline is an important part of power plant systems, piping materials, mechanical properties and high temperature performance will directly affect the economics of power plant units and future operating reliability.In The article, Yangling power plants, for example, through analysis and demonstration, combined with the four soft drinks pipe materials development and application of the present situation of the project recommended by the four soft drinks a specification pipe materials and optimizing selection.【Key words】Main steam pipe;Reheat steam heat section of pipeline;Reheat steam cooling section of pipeline;High-pressure water supply pipe;Material selection

1.前言

近年來(lái), 由于電力體制改革的不斷深化, 促使火力發(fā)電廠必須大力降低發(fā)電成本才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地, 隨著技術(shù)的進(jìn)步, 越來(lái)越多的新材料新工藝不斷涌現(xiàn), 也給發(fā)電廠進(jìn)一步降低發(fā)電成本提供了客觀條件。為此, 在火力發(fā)電廠的設(shè)計(jì)中,四大汽水管道管材的優(yōu)化設(shè)計(jì),使火力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)更加先進(jìn)、完善、可靠, 從而減少工程造價(jià), 有效地降低發(fā)電成本, 為電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)創(chuàng)造有利條件。

材料的發(fā)展水平?jīng)Q定了不同時(shí)期火電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)。在上一世紀(jì)20年代由于使用碳鋼，蒸汽壓力和溫度分別為4MPa和370℃，隨后Mo鋼的出現(xiàn)使參數(shù)提高到了10MPa和480℃，到了50年代，CrMo鋼的應(yīng)用進(jìn)一步將蒸汽參數(shù)提高到了17MPa和566℃的最高水平。直到1965年，主機(jī)的主流運(yùn)行參數(shù)保持在17MPa和525℃，到70年代中期發(fā)展到超臨界參數(shù)24MPa/538℃/566℃?？梢哉f(shuō)，電力技術(shù)的發(fā)展在很大程度上取決于材料技術(shù)的發(fā)展

本文將針對(duì)楊凌發(fā)電廠熱電聯(lián)產(chǎn)2X330MW亞臨界供熱直接空冷機(jī)組四大汽水管道設(shè)計(jì)參數(shù)的確定及材料選擇進(jìn)行分析論證。

2.工程主機(jī)設(shè)備情況

三大主機(jī)設(shè)備分別按照東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司、哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司和哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司產(chǎn)品設(shè)計(jì)。鍋爐和汽輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下：

2.1 鍋爐

過(guò)熱蒸汽：最大連續(xù)蒸發(fā)量：1155t/h

出口蒸汽壓力： 17.5 MPa.g

出口蒸汽溫度： 541℃

再熱蒸汽：蒸汽流量：2469.16t/h

進(jìn)/出口蒸汽壓力：3.927/3.613 MPa.g

進(jìn)/出口蒸汽溫度：327/541℃

2.2 汽輪機(jī)

額定功率（TRL工況）： 330MW

最大功率（VWO工況）： 370.591MW

VWO工況參數(shù)：

主蒸汽壓力： 16.7MPa.a

主蒸汽溫度： 538℃

主蒸汽流量： 1155t/h

再熱蒸汽壓力： 3.613MPa.a

再熱蒸汽溫度： 538℃

3.四大汽水管道設(shè)計(jì)參數(shù)

4.四大汽水管道材料選擇

4.1 主蒸汽管道材料選擇。

原電力部有關(guān)部門(mén)曾于1994年召開(kāi)了“九?五”期間火電站管道管件規(guī)格化會(huì)議，提出了“九?五”期間火電站主要汽水管道規(guī)格，其中300 MW機(jī)組主蒸汽系統(tǒng)主管推薦采用A335一P22管材。此后國(guó)內(nèi)300 Mw機(jī)組工程大多照此選用，有關(guān)廠家也按A335一P22鋼材管道規(guī)格研制開(kāi)發(fā)了配套管件。已投運(yùn)的300 MW機(jī)組，如井岡山華能電廠、豐城電廠的主蒸汽管道、再熱蒸汽熱段管道均使用了A335一P22管材。

A335一P91鋼屬改良型9Cr一1Mo高強(qiáng)度馬氏體耐熱鋼。由于P91鋼材具有高溫強(qiáng)度高、高的抗氧化性能和抗高溫蒸汽腐蝕性能等特點(diǎn)，80年代開(kāi)始已被英、美、德等國(guó)廣泛應(yīng)用在電站設(shè)備上。在1994年電力部火電站管道會(huì)議上，西安熱工所和國(guó)電公司電力建設(shè)研究所曾對(duì)P91鋼材性能進(jìn)行了介紹，會(huì)議紀(jì)要中也建議有關(guān)部門(mén)加快進(jìn)行P91鋼材管道和管件的國(guó)產(chǎn)化工作，并建議盡快在300 MW~600 MW機(jī)組上進(jìn)行試點(diǎn)，以積累經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)從九十年代初開(kāi)始，逐步使用A335-P91作為電站主蒸汽管道、再熱蒸汽熱段管道的材料，如珞璜電廠、鴨河口電廠、西固熱電廠、楊柳青電廠、邯峰電廠、準(zhǔn)格爾電廠等。

P91鋼材比P22強(qiáng)度高，且其強(qiáng)度隨溫度升高下降較少，在20℃ 時(shí)，P91鋼材抗拉強(qiáng)度比P22鋼材高41．6％ ；在538℃時(shí)，P91鋼材的許用應(yīng)力卻比P22鋼材高83．3％。正是由于P91鋼材在高溫下具有比P22鋼材高得多的許用應(yīng)力。使得其用作主蒸汽管道時(shí)壁厚比采用P22鋼材薄得多。這是P91鋼材在大機(jī)組上應(yīng)用越來(lái)越廣泛的主要原因

主蒸汽管道采用P91與采用P22鋼材的初步比較,主蒸汽管道采用P22材質(zhì)時(shí)，主管規(guī)格為ID368×82，支管規(guī)格為ID273×62.23；采用P91材質(zhì)時(shí)，主管規(guī)格為ID368．3×40，支管規(guī)格為ID273×30。對(duì)比可知，主管道壁厚減薄了42mm，減薄率為51．2％ ；支管道壁厚減薄了32．23mm，減薄率為51．8％。管道總重大大減少，管道總重比P91／P22=1／2．18。

目前，隨市場(chǎng)價(jià)格的波動(dòng)，兩種管材單位重量?jī)r(jià)格比P91／P22約為1．4～1．95，由于管道總重減少的數(shù)量超出了價(jià)格增長(zhǎng)的影響，因此，主蒸汽管道采用P91是的。按照2002年火電工程限額設(shè)計(jì)中價(jià)格，P91鋼材單價(jià)為49 000元／t，P22鋼材單價(jià)為3 4808元／t，本工程主蒸汽管道約為180 m，采用P91鋼材后鋼管總重減少約90 t，費(fèi)用減少約204．7萬(wàn)元。

另外，因管道壁厚較薄，管道對(duì)設(shè)備接口的推力和力矩可以減小。同時(shí)，由于減輕了管道重量，支吊架荷重相應(yīng)減小。不但節(jié)省支吊架造價(jià)，相應(yīng)的管道安裝費(fèi)用、土建費(fèi)用也會(huì)節(jié)省。

4.2 再熱蒸汽熱段管道管材選擇。

再熱熱段管道屬于大管徑薄壁管，如果采用P91管材，本就較薄的壁厚就會(huì)更薄。由于管壁太薄，從安全角度出發(fā)，壁厚的實(shí)際取值比計(jì)算值要大許多，這樣一來(lái)，與P22進(jìn)行綜合比較，采用P91管材經(jīng)濟(jì)性較差。再熱熱段管道采用P22材質(zhì)時(shí)，主管規(guī)格為ID635×31，支管規(guī)格為ID508×)24．8；采用P91材質(zhì)時(shí)，主管規(guī)格為OD727．96×21．03，支管規(guī)格為OD632．97×17．98。對(duì)比可知，主管道壁厚減薄了10 mm，支管道壁厚減薄了6.8 mm，管道總重變化不大，管道總重比P91／P22=1／1．39，遠(yuǎn)大于價(jià)格比，因此仍推薦采用P22管材。

4.3 再熱蒸汽冷段管道管材選擇。

原電力部有關(guān)部門(mén)“九?五”期間火電站管道管件規(guī)格化會(huì)議提出，根據(jù)300 MW機(jī)組使用的經(jīng)驗(yàn)，再熱蒸汽冷段采用A672B70CL32電熔焊鋼管替代A106B無(wú)縫鋼管，同樣可滿足技術(shù)要求。冷段主管采用A672B70CL32有縫鋼替代A106B無(wú)縫鋼管。有縫焊接鋼管比A106B無(wú)縫鋼管便宜很多，為無(wú)縫鋼管的1／3左右。有縫焊接鋼管的壁厚偏差小于無(wú)縫鋼管，其質(zhì)量不亞于無(wú)縫鋼管。因此，再熱器冷段采用A672B70CL32電熔焊鋼管是經(jīng)濟(jì)的

4.4 高壓給水管道管材選擇。

高壓給水管道通常使用St4518／11I管材，本工程優(yōu)化為15NiCuMoNb5。主管道規(guī)格由406．4×50改為 355.6×25，支管道規(guī)格由298．6×36改為244．5×20。15NiCuMoNb5與St4518/ Ⅲ的彈性模數(shù)及線膨脹系數(shù)十分相近, 但15NiCuMoNb5 的許用應(yīng)力遠(yuǎn)大于St4518/Ⅲ, 因此, 高壓給水管道采用15NiCuMoNb5時(shí), 管道壁厚可以減薄50 % , 管道本身金屬及支吊架材料用量可大為節(jié)約, 經(jīng)濟(jì)上更合理, 可以有效的降低工程造價(jià)。因此高壓給水管道管材采用15NiCuMoNb5。

湖南益陽(yáng)電廠一期、陜西蒲城電廠一、二期工程均使用了這種鋼材。

5.小結(jié)

通過(guò)上述技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，楊凌發(fā)電廠工程主蒸汽管道采用P91管材，再熱蒸汽管道熱段沿用“95”管材A335P22、冷段采用電熔焊鋼管A672B70CL32，高壓給水管道采用15NiCuMoNb5管材，既能保證工程質(zhì)量又可以降低工程造價(jià)。 〔1〕

《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL5000-2000

〔2〕

《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》DL/T5054-1996

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