火力电厂蒸汽、给水四大汽水管道材料选择

火力电厂蒸汽、给水四大汽水管道材料选择 【摘 要】四大汽水管道是电厂系统的重要组成部分，管道材料的机械特性和高温性能将 直接影响电厂机组的性及今后运行的可靠性。本文以杨凌发电厂为例，通过分析论证，结 合四大汽水管道材料和应用的现状，提出该工程推荐的四大汽水管道材料并进行规格优化 选择。 【关键词】主蒸汽管道；再热蒸汽热段管道；再热蒸汽冷段管道；高压给水管道；材料选 择 【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 近年来, 由于电力体制改革的不断深化, 促使火力发电厂必须大力降低发电成本才 能在激烈的市场竞争中占有一席之地, 随着技术的进步, 越来越多的新材料新工艺不断涌现, 也给发电厂进一步降低发电成本提供了客观条件。为此, 在火力发电厂的设计中,四大汽水 管道管材的优化设计,使火力发电厂的经济指标更加先进、完善、可靠, 从而减少工程造价, 有效地降低发电成本, 为电厂竞价上网创造有利条件。 材料的发展水平决定了不同时期火电机组的运行参数。在上一世纪 20 年代由于使 用碳钢，蒸汽压力和温度分别为 4MPa 和 370，随后 Mo 钢的出现使参数提高到了 10MPa 和 480，到了 50 年代，CrMo 钢的应用进一步将蒸汽参数提高到了 17MPa 和 566的最高水平。直到 1965 年，主机的主流运行参数保持在 17MPa 和 525，到 70 年 代中期发展到超临界参数 24MPa/538/566。可以说，电力技术的发展在很大程度上取 决于材料技术的发展 本文将针对杨凌发电厂热电联产 2X330MW 亚临界供热直接空冷机组四大汽水管 道设计参数的确定及材料选择进行分析论证。 2. 工程主机设备情况 三大主机设备分别按照东方锅炉（集团）股份有限公司、哈尔滨汽轮机厂有限责 任公司和哈尔滨电机厂有限责任公司产品设计。锅炉和汽轮机主要技术参数如下： 2.1 锅炉 过热蒸汽：最大连续蒸发量：1155t/h 出口蒸汽压力： 17.5 MPa.g 出口蒸汽温度： 541 再热蒸汽：蒸汽流量：2469.16t/h 进/出口蒸汽压力：3.927/3.613 MPa.g 进/出口蒸汽温度：327/541 2.2 汽轮机 额定功率（TRL 工况）： 330MW 最大功率（VWO 工况）： 370.591MW VWO 工况参数： 主蒸汽压力： 16.7MPa.a 主蒸汽温度： 538 主蒸汽流量： 1155t/h 再热蒸汽压力： 3.613MPa.a 再热蒸汽温度： 538 3. 四大汽水管道设计参数 4. 四大汽水管道材料选择 4.1 主蒸汽管道材料选择。 原电力部有关部门曾于 1994 年召开了“九?五”期间火电站管道管件规格化会议， 提出了“九?五”期间火电站主要汽水管道规格，其中 300 MW 机组主蒸汽系统主管推荐采 用 A335 一 P22 管材。此后国内 300 Mw 机组工程大多照此选用，有关厂家也按 A335 一 P22 钢材管道规格研制开发了配套管件。已投运的 300 MW 机组，如井冈山华能电厂、丰 城电厂的主蒸汽管道、再热蒸汽热段管道均使用了 A335 一 P22 管材。 A335 一 P91 钢属改良型 9Cr 一 1Mo 高强度马氏体耐热钢。由于 P91 钢材具有高 温强度高、高的抗氧化性能和抗高温蒸汽腐蚀性能等特点，80 年代开始已被英、美、德等 国广泛应用在电站设备上。在 1994 年电力部火电站管道会议上，西安热工所和国电公司电 力建设研究所曾对 P91 钢材性能进行了介绍，会议纪要中也建议有关部门加快进行 P91 钢 材管道和管件的国产化工作，并建议尽快在 300 MW600 MW 机组上进行试点，以积累经 验。我国从九十年代初开始，逐步使用 A335-P91 作为电站主蒸汽管道、再热蒸汽热段管 道的材料，如珞璜电厂、鸭河口电厂、西固热电厂、杨柳青电厂、邯峰电厂、准格尔电厂 等。 P91 钢材比 P22 强度高，且其强度随温度升高下降较少，在 20 时，P91 钢材抗 拉强度比 P22 钢材高 416 ；在 538时，P91 钢材的许用应力却比 P22 钢材高 833 。正是由于 P91 钢材在高温下具有比 P22 钢材高得多的许用应力。使得其用作主 蒸汽管道时壁厚比采用 P22 钢材薄得多。这是 P91 钢材在大机组上应用越来越广泛的主要 原因 主蒸汽管道采用 P91 与采用 P22 钢材的初步比较,主蒸汽管道采用 P22 材质时，主管 规格为 ID36882，支管规格为 ID27362.23；采用 P91 材质时，主管规格为 ID368340，支管规格为 ID27330。对比可知，主管道壁厚减薄了 42mm，减薄率为 512 ；支管道壁厚减薄了 3223mm，减薄率为 518。管道总重大大减少，管道 总重比 P91P22=1218。 目前，随市场价格的波动，两种管材单位重量价格比 P91P22 约为 14195，由于管道总重减少的数量超出了价格增长的影响，因此，主蒸汽管道采用 P91 是的。按照 2002 年火电工程限额设计中价格，P91 钢材单价为 49 000 元t，P22 钢材 单价为 3 4808 元t，本工程主蒸汽管道约为 180 m，采用 P91 钢材后钢管总重减少约 90 t，费用减少约 2047 万元。 另外，因管道壁厚较薄，管道对设备接口的推力和力矩可以减小。同时，由于减 轻了管道重量，支吊架荷重相应减小。不但节省支吊架造价，相应的管道安装费用、土建 费用也会节省。 4.2 再热蒸汽热段管道管材选择。 再热热段管道属于大管径薄壁管，如果采用 P91 管材，本就较薄的壁厚就会更薄。 由于管壁太薄，从安全角度出发，壁厚的实际取值比计算值要大许多，这样一来，与 P22 进行综合比较，采用 P91 管材经济性较差。再热热段管道采用 P22 材质时，主管规格为 ID63531，支管规格为 ID508)248；采用 P91 材质时，主管规格为 OD727962103， 支管规格为 OD632971798。对比可知，主管道壁厚减薄了 10 mm，支管道壁厚减薄了 6.8 mm，管道总重变化不大，管道总重比 P91P22=1139，远大于价格比，因此仍推荐采用 P22 管材。 4.3 再热蒸汽冷段管道管材选择。 原电力部有关部门“九?五”期间火电站管道管件规格化会议提出，根据 300 MW 机组使用的经验，再热蒸汽冷段采用 A672B70CL32 电熔焊钢管替代 A106B 无缝钢管，同 样可满足技术要求。冷段主管采用 A672B70CL32 有缝钢替代 A106B 无缝钢管。有缝焊接 钢管比 A106B 无缝钢管便宜很多，为无缝钢管的 13 左右。有缝焊接钢管的壁厚偏差小 于无缝钢管，其质量不亚于无缝钢管。因此，再热器冷段采用 A672B70CL32 电熔焊钢管 是经济的 4.4 高压给水管道管材选择。 高压给水管道通常使用 St451811I 管材，本工程优化为 15NiCuMoNb5。主管道 规格由406450 改为 355.625，支管道规格由298636 改为 244520。15NiCuMoNb5 与 St4518/ 的弹性模数及线膨胀系数十分相近, 但 15NiCuMoNb5 的许用应力远大于 St4518/, 因此, 高压给水管道采用 15NiCuMoNb5 时, 管道壁厚可以减薄 50 % , 管道本身金属及支吊架材料用量可大为节约, 经济上更合理, 可 以有效的降低工程造价。因此高压给水管道管材采用 15NiCuMoNb5。 湖南益阳电厂一期、陕西蒲城电厂一、二期工程均使用了这种钢材。 5. 小结 通过上述技术经济比较，杨凌发电厂工程主蒸汽管道采用 P91 管材，再热蒸汽管 道热段沿