火力电厂蒸汽、给水四大汽水管道材料选择.doc

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用“95”管材A335P22、冷段采用电熔焊钢管A672B70CL32，高压给水管道采用15NiCuMoNb5管材，既能保证工程质量又可以降低工程造价。1 火力发电厂设计技术规程DL50