F162IIC2-J04-06四大管道材料选择专题-图文(精).doc

F162IIC2-J04-06国电双辽发电有限公司二期扩建工程（1660MW超临界机组）优化初步设计专题7 四大管道系统优化中国电力工程东北电力设计院顾问集团工程设计综合甲级证书A122000185勘察证书070001kj环境影响评价证书国环评证甲字第1609号质量管理体系证书05007Q10077R1L职业健康安全管理体系证书05007S10048R1L环境管理体系证书05007E20046R0L2010年6月 长春国电双辽发电有限公司二期扩建工程（1660MW超临界机组）优化初步设计专题7 四大管道系统优化批 准： 安立群审 核： 王志宽校 核： 裴育峰编 制： 程永霞2010年6月 长春优化专题报告目录序号专题报告题目文件编号1 厂区总平面优化布置F162IIC2-Z04-012 主厂房布置专题报告F162IIC2-J04-013 给水系统优化专题报告F162IIC2-J04-024 吸风机、增压风机合并专题报告F162IIC2-J04-035 空压机选型优化F162IIC2-J04-046 烟风系统配置优化专题F162IIC2-J04-057 四大管道系统优化F162IIC2-J04-068 凝结水系统优化F162IIC2-J04-079 制粉系统设计优化F162IIC2-J04-0810 锅炉点火系统设计优化F162IIC2-J04-0911 旁路烟道设置分析专题报告F162IIC2-J04-1012 烟气余热回收专题F162IIC2-J04-1113 机组选型报告F162IIC2-J04-1214 机组启动系统优化论证F162IIC2-J04-1315 卸煤系统设计方案优化F162IIC2-M04-0116 运煤系统设计方案优化F162IIC2-M04-0217 除渣系统专题报告F162IIC2-C04-0118 为生产经营建设和预留设施规划专题报告F162IIC2-A04-0119 节约资源和综合利用专题F162IIC2-A04-0220 高压厂用电系统专题报告F162IIC2-D04-0121 降低厂用电率措施F162IIC2-D04-0322 降低电缆及其附属设施投资的措施F162IIC2-D04-0423 照明系统优化措施F162IIC2-D04-0524 全厂信息系统优化设计F162IIC2-K04-0125 地基处理专题报告F162IIC2-T04-0126 烟囱选型专题报告F162IIC2-T04-0227 主厂房结构专题报告F162IIC2-T04-0328 C60级混凝土在主厂房中的应用F162IIC2-T04-0429 主厂房室内装修优化F162IIC2-T04-0530 屋面防水系统的选用及对比分析F162IIC2-T04-0631 再生水深度处理系统选择F162IIC2-H04-0132 高温水采暖优化F162IIC2-N04-0133 冷却塔地基处理优化专题报告F162IIC2-S04-0134 循环水系统冷端优化F162IIC2-S04-0235 全厂水的综合利用F162IIC2-S04-0336 形象设计和工业参观规划专题F162IIC2-T04-0737 新材料新工艺专题F162IIC2-A04-0338 上煤系统设计方案优化F162IIC2-M04-0339 飞灰分选系统专题报告F162IIC2-C04-0240 精细化设计专题报告F162IIC2-A04-0441 凝结水泵高压变频器一拖二方案分析F162IIC2-D04-02专题7 四大管道系统优化目 录1概述 12 四大管道材料选择 32.1 材料和规格选择的前提 32.2 国内600MW等级超临界机组四大管道的材质选用情况 32.3 本工程取用的基本参数 42.4 管材和规格的选择 72.5 优化结论 101概述1.1 电厂概况国电双辽发电有限公司（双辽发电厂）规划容量2400MW，一期工程总装机1200MW，安装4300MW国产燃煤机组，其中#1、#2机组分别于1994、1995年投产，#3和#4机组于2000年投产，电厂以500kV和220kV线路分别接入500kV梨树开闭所和220kV长春城网，对东北电网，特别是吉林省负荷中心起着重要支撑作用。1.2 工程建设规模国电双辽发电有限公司一期工程总装机1200MW。按照委托方的要求，本期工程拟建设1660MW超临界机组，同步建设烟气脱硫装置，并预留再扩建的条件。建设规模及机组选型最终以国家发展和改革委员会的核准意见为准。1.3 设计依据1.3.1国电双辽发电厂二期2660MW机组扩建工程程勘察设计合同（合同编号：409-2009NEPDI01-24）；1.3.2中国国电集团公司火力发电工程设计管理导则（检索号：50Y2007169A01）；1.3.3中国国电集团公司火电工程设计原则规定；中国国电集团公司绿色火电厂建设指导意见1.3.4现行的国家和电力行业颁发的有关规程、规范和标准；1.3.5国电双辽发电厂二期1600MW机组扩建工程项目核准文件（待补）；1.3.6国电双辽发电厂二期1660MW机组扩建工程可行性研究报告；1.3.7国电双辽发电厂二期1660MW机组扩建工程可行性研究报告审查意见；1.3.8项目接入系统报告及审批文件；1.3.9业主提供的其它设计所需资料。1.4 初步设计设计范围1.4.1总的要求根据火力发电厂初步设计报告内容深度规定，以及国电双辽发电厂二期2660MW机组扩建工程程勘察设计合同（合同编号：409-2009NEPDI01-24）；在可行性研究报告的基础上，结合本工程的特点优化总体规划及总平面布置方案，同时根据业主提供的主机资料和对本工程提出的设计原则意见，参考国内外同类型机组先进设计理念以及与城市的环境和谐开展本工程的优化初步设计。1.4.2设计范围1）厂区总体规划及总平面设计，包括厂区道路、竖向、地下设施规划，厂区内各种沟道、管线、电缆以及各附属建筑的布置规划。2）机组的主、辅系统和布置设计，包括热力、燃烧等工艺系统，主厂房布置设计等。脱硝系统按照预留考虑。3）化学水处理系统和布置设计。4）输煤系统和布置设计。5）除灰、渣系统和布置设计，包括脱硫系统。6）发电机引出线、配电装置及厂用电设计，包括电气一、二次系统和布置设计，厂内照明、通讯设计。7）供热机组主、辅系统的热工控制设计，包括厂级监控系统设计。8）供水、给排水、消防系统和布置设计，包括灰场和备用水源、污水处理。9）污水处理系统的设计。10）电厂管理信息系统设计。11）土建建筑、结构设计。12）采暖通风设计。13）施工组织设计。14）环境保护、劳动卫生安全。15）电力系统部分设计。16）概算编制及投资分析。1.4.3不属于本合同的设计范围1）电厂铁路专用线；2）电厂接入电力系统设计；3）生活福利建筑等的设计；4）老厂各工艺系统改造；1.4.4设计界面1）电厂出线：以配电装置出线门型构为界；2） 电厂排水管等外部管道：以电厂围墙外1米为界。1.5主机机型现阶段暂定主机机型如下：锅炉为煤粉炉，参数为超临界；汽轮机为600MW超临界抽凝式湿冷汽轮发电机组；发电机冷却方式为水、氢、氢。主机为哈尔滨三大动力厂生产的660MW超临界锅炉、汽轮机、发电机机组。600MW等级机组四大管道系统为常规的系统，包括主汽系统、再热系统、旁路系统、给水系统。由于旁路系统，给水系统设备的选择有专题的报告论述，因此本报告着重论述四大管道材料及规格的优化选择。2 四大管道材料选择2.1 材料和规格选择的前提600MW超临界机组的在国内已经有了比较成熟的经验，四大管道所应用的材料也是比较成熟的，并没有用到新的材料，所以，其它600MW超临界的四大管道材料是可以参考和借鉴的。中国电力顾问集团公司于2008年10月20日发行了关于印发火力发电厂超（超）临界机组四大管道设计专题研讨会纪要的通知，此通知已对超临界600MW机组的四大管道规格和材料做了详细的规定。本报告将重点论述采用的四大管道的规格、参数、管径选择计算及优化结论。2.2 国内600MW等级超临界机组四大管道的材质选用情况技术发展至今，国产引进型机组已经是优化机组，四大管道的钢管材料已经出现成熟的新钢种，如美国的A335P91、A335P92，德国的X10CrMoVNb91、15NiCuMoNb5-6-4钢等等，这些都要求我们重新进行主要汽水管道的优化工作。按管规要求和同类型电厂设计运行经验，主汽管道材料一般采用美国ASTM A335P91，流速控制在45m/s到60m/s左右；热段管道材料通常采用美国ASTM A335P22，流速控制在65 m/s左右；冷段由于口径过大，无缝钢管已经难以选到，只能采用许用应力修正系数为1的电熔焊焊接钢管，材料ASTM A672B70CL32，流速一般控制在30 m/s到35 m/s 左右；而给水管道按照管规，流速可以提高到6m/s左右。材质则采用美国管材A106B或者德国管材15NiCuMoNb5-6-4钢。近几年来，在超临界参数及以上范围内，主蒸汽管道国内从试用到广泛采用T91/P91（美国的A335P91，德国的X10CrMoVNb91）材料，已经形成成功的经验；同时，多数电厂在热段管道上也采用了A335P91的材料。现将国内最近设计的600MW等级超临界机组，四大管道采用A335P91材料的电厂选择列表如下：表1. 管材采用情况表序号厂名容量主汽热段冷段给水1沁北2600MWA335P91A335P91A672B70CL3215NiCuMoNb5-6-42江苏利港4600MWA335P91A335P91A672B70CL3215NiCuMoNb5-6-43双鸭山2600MWA335P91A335P91A672B70CL3215NiCuMoNb5-6-44庄河2600MWA335P91A335P91A672B70CL3215NiCuMoNb5-6-4可见，600MW等级超临界机组电厂中采用A335P91管材已经不再是试用阶段，而是广泛采用了。同时，管道计算所选用的经济流速也仍然在火力发电厂汽水管道设计技术规定（DL/T 5054-1996）所限定的范围之内。2.3 本工程取用的基本参数本期工程锅炉、汽轮机、发电机采用哈尔滨三大动力厂的产品。经初步配合，按以下参数进行计算。2.3.1 锅炉出口B-MCR工况四大管道的工作参数如下：a 主蒸汽管道流量t/h压力MPa（a）温度备注209025.5571B-MCRb 热段管道流量t/h压力MPa（a）温度备注1772.74.821569B-MCRc 冷段管道：流量t/h压力MPa（a）温度备注1772.74.821323.2B-MCRd 给水管道流量t/h压力MPa(a温度备注209036284.1B-MCR相应锅炉出口额定工况（TRL）的四大管道工作参数如下：e 主汽管道流量t/h压力MPa（a）温度备注1988.4725.5571TRLf 热段管道流量t/h压力MPa（a）温度备注1682.344.567569TRLg 冷段管道流量t/h压力MPa(a温度备注1682.344.567317.1TRLh 给水管道流量t/h压力MPa(a温度备注1988.4736280.5TRL根据上述工况和规范规定的安全考虑，按照火力发电厂汽水管道设计技术规定DL/T 5054-1996确定的设计参数如表表2 本工程机组的设计参数表管道设计流量t/h设计压力Mpa (a设计温度主汽205025.5576热段1744.835.54574冷段1744.835.54342.47给水205036284.1在本次计算中，凡是内径管均采用目前世界上唯一直接用垂直挤压法成型无缝钢管的美国WYMAN-GORDON公司的产品规格和公差。外径管则根据钢材的生产国家选用该国家的技术标准进行计算。管道内介质流动损失和温度降低的计算，则依据火力发电厂汽水管道设计技术规定DL/T 5054-1996和火力发电厂保温油漆设计规定DL/T 5072-1997给定的计算方法和约束数据进行。2.3.2内径的选择计算依据火力发电厂汽水管道设计技术规定DL/T 5054-1996，流速按以下数值选取。 主汽管道：4060m/s； 热段管道：5065m/s； 冷段管道：3035m/s； 高压给水管道：26m/s。a.主蒸汽管道：单管计算流量为2050t/h、计算压力25. 5 MPa (a、计算温度为571 C。b.热段管道：单管计算流量为1744.83 t/h、计算压力4.601MPa (a、计算温度为569 C。c.冷段管道：单管计算流量为1744.83 t/h、计算压力4.821MP a (a、计算温度为322.2 C。d.高压给水管道：单管计算流量为2050t/h、计算压力36 MPa (a、计算温度为284.1C。在满足流速的前提下，进行管径的确定计算,同时要核算压降是否满足管规要求。计算结果如下：流量（t/h）规格流速（m/s材料主蒸汽管道2050ID43271.3854.27A335P91主蒸汽支管1045ID30550.5254.41A335P91热段管道1744.83ID9533557.05A335P91热段支管872.415ID71924.356.2A335P91冷段管道1744.83OD11682731.34A672B70CL32冷段支管872.415OD813x1930.8A672B70CL32给水管道2050OD559x605.215NiCuMoNb5-6-4给水支管1025OD355.6x405.715NiCuMoNb5-6-4经初步计算，本工程的主要管道压降见下表：压损计算结果编号管道火规规定数值MPa压损MPa1主汽1.31.1552热段0.1830.10683冷段0.07860.04244给水1.67可见，上述管道规格符合管规和火规的规定。2.4 管材和规格的选择a A335P91与A335P22等钢材的比较由于本工程主汽和再热热段拟用A335P91的材质，以下对其材料特性做一分析。并与A335P22等材料进行比较。符合ASTM、NF、DIN各个标准的化学成份如下：A335P91与A335P22等钢材的比较材料C%Si%Mn%P%S%Cr%Mo%Ni%V%Nb%Al%N%W%B%P9/F90.070.150.251.000.300.60max0.025max0.0208.010.00.901.10F120.170.23max.0.50max.1.00max0.025max0.02010.012.50.801.200.300.800.250.35F220.200.26max.0.500.300.80max0.025max0.02011.012.50.801.200.300.800.250.35G-F120.200.260.100.400.500.80max0.030max0.02011.312.21.001.200.701.000.250.35max0.50P91/F910.080.120.200.500.300.60max0.020max0.0108.09.50.851.05max.0.400.180.250.060.10max.0.0400.0300.070NF6160.050.100.030.150.200.60max0.020max0.0108.309.800.300.800.150.250.0400.0800.0200.1001.502.00max0.006 P91的金相组织和物理性能金相组织T91/P91钢在正火后，经过730780回火金相图呈典型的马氏体骨架结构，在导致M23C6铬碳化物沉淀在马氏体骨架的边缘，此外还形成MX形的V/Nb碳氮渗化物。在较粗的M23C6碳化物及内部较细的沉淀转换成细箔之后，会发现次微粒内较大的错位密度。对于这种钢具有高移位密度的细次晶粒结构是高蠕变强度的决定因素。物理性能电站设计和运行最关心的是物理性能和力学性能，物理性能主要有：室温力学性能。见下表：T91/P91钢材室温力学性能表标准牌号屈服极限MPa抗拉强度MPa断面延伸率%最大硬度HBASME A335、213、200P91最小最大41558520250（A213）218（A200） T91/P91钢的冲击韧性：T91/P91具有相当高的抗拉强度和细微晶粒结构，比X20显示较佳的过渡温度和吸收能量，它的冲击韧性和脆性转变温度的高低均明显的优于同类的X20和EM12钢。 T91/P91钢的高温蠕变持久强度根据美、德、法等国家研究机构的大量试验数据表明，T91/P91钢的持久强度比较高，根据曼内斯曼厂的435R，1993年3月公布的数字。T91/P91钢材10万小时的持久强度表温度470480490500510520530540550560570580590600610620630T91/P91持久强度31729527425323421519717916214513011510290786858 T91/P91钢材的许用应力美国ASME的VIII卷DIV之1，表UCS23中列出的A335P91管材的许用应力列下：T91/P91 钢材许用应力表370399426455482510537565593620650F70075080085090095010001050110011501200MPa1381341291231151079989714830此外，A335P91的可焊性、机械加工性能和热处理性能都十分良好。b 主蒸汽管道采用A335P91的合理性由于本工程的主蒸汽设计温度已达576，按照电力行业标准，火力发电厂金属材料选用导则DL/T715-2000的要求，A335P22的最高推荐使用温度为570 ，不能用于主汽管道。且A335P91对应的管件生产也将变得容易些，支吊架的钢材耗量和土建的支撑结构也将随之减少。故而推荐采用A335P91。c 热段管道采用A335P91的合理性本工程热段的设计温度为574C，内径为914mm，同样的原因，A335P22的最高推荐使用温度为570 ，因此热段的材料也采用A335P91管材。A335P22已不能满足要求，不列入比较范围。d 冷段管道采用A672B70CL32的合理性从技术经济两方面来讲，对于本工程的冷段管道而言，采用无缝钢管A106C和电熔焊管A672B70CL32都是可以的，而且A106C无缝钢管比电熔焊接管子更好一些，但A106C无缝钢管比A672B70CL32电熔焊管要贵许多，故而本工程采用A672B70CL32电熔焊管。在能够满足设计要求的前提下，还是选择相对便宜一些的管材。e 给水管道采用15NiCuMoNb5-6-4的合理性目前国内外高压给水管道普遍采用的EN102162标准的15NiCuMoNb5-6-4无缝钢管。由于德国管材15NiCuMoNb5-6-4各项性能均优良，在设计温度430C以下使用，是最佳选择。在施焊过程中严格控制焊接工艺，避免出现脱铜现象，则其实用性能是十分