四大管道（精选5篇）
四大管道 篇1
四大管道焊接工作量在电站工程中工作量较大、工作比较集中, 最适合进行管道预制自动化焊接。我国电站管道焊接行业中, 自动化应用比例很低, 有统计数据显示我国适用的焊接材料在200万吨的焊材中, 有73%的焊条和埋弧焊丝, 气保护焊丝只占27%, 也就是说, 加工制造的各类焊接结构大部分是用手工焊条完成的, 它是一种污染大、能耗高、效率低的焊接加工方法, 因此推广焊接自动化是一种趋势。
1 焊接自动化方案选择
焊接自动化的的方案可以选择手工氩弧焊打底+MAG焊接或埋弧焊、窄间隙MIG焊接。
1.1 方案一
1.1.1 氩弧焊打底
氩弧焊打底使用ZX7-400STG焊机, 同传统手工氩弧焊工艺相同, 但是为了保证焊缝背部不被熔穿, 氩弧焊打底厚度应该在5mm以上。
1.1.2 MAG自动焊填充盖面
MAG自动焊设备为PPAWM-24A2管道预制焊机, 设备的主要参数如下:
型号说明:适用管径Φ60-630mm
用途:适用于各个行业直管和直管、直管和锥形管、直管与法兰、直管与弯头、直管与三通等的自动焊。
技术参数:
(1) 适用材质:碳钢、合金钢、不锈钢、低温钢。
(2) 适用坡口型式:I、V、U、双V型。
(3) 适用壁厚:3-60mm, 弯头直径D≥DN300、壁厚≥20mm时需配重。
(4) 适用长度:直管≥400mm。
(5) 焊接效率 (寸/天) :TIG:80-120、CO2/MAG:200-300、SAW:250-350。
1.1.3 焊接工艺及特点
(1) MAG焊接用混合气体Ar80%+CO220%。
(2) 焊接大口径厚壁管采用多层多道焊接, 常用规格设置焊接专家库, 自动调用焊接参数。
(3) 适合于大口径厚壁管, 口径范围为Φ60-630mm, 对于管径和壁厚的适应性好。
1.2 方案二
1.2.1 氩弧焊打底同方案一
1.2.2 埋弧焊填充和盖面
埋弧焊设备选用PPAWM-44A8, 设备主要性能参数如下:
型号规格:PPAWM-44A8
技术参数:
(1) 适用管径:DN400-1100
(2) 适用壁厚:6-60mm
(3) 适用管长:小于等于10m
(4) 管头长度;小于等于2200mm
(5) 最大承重:小于等于5T
(6) 适用材质:碳钢、合金钢、不锈钢、低温钢等
(7) 适用焊缝:各种管段焊缝, 如管子-管子焊缝、管子-弯头焊缝、管子-法兰焊缝、法兰-法兰焊缝、法兰-弯头焊缝等 (必要时采用假管过渡联接)
1.2.3 焊接工艺及特点
(1) 埋弧焊焊丝与焊剂的搭配至关重要, 必须经过工艺评定验证正确性。
(2) 管道预制时, 管径越大、管壁越厚, 埋弧焊的适应性越好。
(3) 埋弧焊的熔深能力强, 为了防止熔穿, 打底焊缝的厚度应足够, 若有必要一般采用一遍氩弧焊打底。一遍电焊填充增加根部焊道厚度的办法来解决。
1.3 方案三
1.3.1 窄间隙MIG焊
窄间隙MIG自动焊的主要技术特征是:焊丝进入窄间隙焊枪之前, 通过左右摆动滚轮进行弯曲, 赋予其弯曲特性;焊丝左右摆动, 电弧也随之左右振动, 亦即电弧旋转, 可使坡口壁完全熔融, 实现无不良融合的优质焊接。窄间隙焊枪为水冷, 一次保护气体从电极两侧流过, 二次保护气体从工件表面流出, 形成良好的保护特性。
1.3.2 焊接工艺及特点
(1) 窄间隙MIG自动焊与埋弧自动焊等传统技术相比, 主要技术优势是:焊接效率高, 清渣容易, 侧壁充分熔合, 焊接热影响区窄以及焊缝氢含量低。
(2) 火力发电用锅炉的埋弧焊主配管因为焊缝氢含量高, 影响了焊接质量。窄间隙MIG焊氢元素含量仅有埋弧焊的1/3, 因而在焊缝的疲劳强度方面占有突出优势。
(3) 可以实现打底、填充、盖面的自动化, 但对坡口的对口要求高, 否则容易出现缺陷。不推荐采用。
2 经济性分析
以公司印度六部四大管道为例, 使用常规手工焊接的方法, 配管 (单台) 工作量及人力消耗情况 (因焊材消耗量相差不大, 不予考虑) , 参考设备厂家数据及相似预制车间资料可知, 采用MAG或者埋弧焊的效率是手工焊接的4-5倍。因此, 若单台机组采用自动焊可节约人工= (54+57+62+180) *3/4=264工日。按高压焊工日工资300元计算, 可节省人工费用79200。以PPAWM-24A2预制自动焊机为例, 设备购置费用为135470元, 因此购置一台设备需要两台600MW机组的四大管道配管工作量才能回本。
3 结论
(1) 焊接自动化能够大大减轻焊工的劳动强度, 对于焊工的技能水平要求不高, 在高技能焊工紧缺, 人工成本不断上涨的背景下, 焊接自动化具有广阔的应用前景。
(2) 因为管道的可能存在椭圆度、马蹄口等不规则的情况, 所以达不到采用全自动焊接的条件, 选择手工氩弧焊打底和自动焊填充和盖面是最理想的方式, 即选择方案一或者方案二。但是自动焊主要适用于大口径、厚壁管上, 否则, 因为自动焊前期准备工作时间长, 应用在小口径管道上效率甚至不如手工焊。
(3) 单从生产成本角度考虑, 自动焊的成本优势并不是特别突出, 如果考虑到高技能焊工的培训费用、工作量不饱满时候的人工费用等情况, 四大管道预制的自动焊依然具有一定的推广意义。
参考文献
[1]李伟明.高效自动焊在管道工厂化预制中的应用[J].焊接技术, 2002 (12) .
[2]刘古文孙静涛.管线预制自动焊设备及焊接工艺[J].焊接, 2000 (09) .
[3]季伟明.PPAWM-Ⅱ型管道预制自动焊机在管道工厂化预制中的应用[J].化工建设工程, 2002 (05) .
四大管道 篇2
1 工厂化配管的优点
提高管材利用率:配管加工厂首先根据设计院的图纸进行配管加工设计, 同时进行管道用料分析。在满足设计图纸的技术要求前提下, 根据管系的具体布置形式, 合理的提出了管材的采购长度, 即提出了选择不定尺管材长度的分段区间和强制定尺的特殊要求, 可以提高材料的利用率。根据管道的设计长度合理地选用管材, 使管材除加工余量以外, 短管较少, 提高管材的利用率, 降低成本。
对焊口合理布置, 减少焊口数量:配管厂家在进行配管设计时, 根据实际管道上的管件、阀门及附件的实际长度选择管材用料长度。利用弯管可以采取连续空间、平面的工艺等手段合理布置焊口数量;减少现场直接施工时的焊口数量。
提高四大管道产品的质量:四大管道工厂化配管过程制定了稳定的工艺流程。对每一个工序在满足现场安装和运行的要求基础上, 均制定了严格的工艺要求和质量标准, 以保证产品的质量。
提高电厂管道的安装速度, 缩短工期:工厂化配管设计对其产品进行了详细的设计, 一般四大管道工厂焊接的环焊缝由于管道现场安装和运输的条件限制为管系全部焊缝的50%以上, 管道上的附件 (各类管座, 吊卡块等) 全为工厂焊接。工厂与业主、设计院、监理、安装单位、调试单位等进行设计协调、审查。一方面为建设单位节约了大量的现场协调和临时商定的时间;另一方面安装单位不进行现场机加工和其他的现场预组合等工作。这样既提高了电厂管道的安装速度, 又缩短了工期。
产品具有可追溯性、便于工程项目管理:配管设计中对每一个管道产品进行唯一的标识, 对各类焊缝采用易于计算机管理的标识系统进行唯一性的标识, 通过标识可以追溯到工厂的质量记录和报告。
2 配管设计
所谓四大管道工厂化配制是根据电站管道建设的相关标准、法规, 合理地使用材料并考虑现场安装和运行要求, 对设计院提供的电站管道施工图纸进行详细管道产品优化设计, 再进行工厂化制造的过程。它包括两方面的内容:配管设计、配管加工。
配管设计前应具备的条件:首先应有设计院图纸 (蓝图) , 主要包括设计计算图、管道安装立体首页图 (系统图) 、立体布置图、平面布置图、断面布置图、支吊架图、材料表以及特殊零件详图等。其次应有热工专业提供的热工测点 (性能试验、化学分析、运行) 等的详图及其位置。管件厂家提供的管件图纸:弯头、三通、管座、大小头等。设备厂家或设计院提供的设备与管道相接处设备的坡口型式。支吊架厂家提供的吊卡块详图。
配管图初步设计:配管设计厂家拿到以上图纸后, 以首页图、平面布置图和断面布置图为准, 对安装立体图进行确认。确认包括以下方面:根据疏水坡度对管道标高、弯头和弯管角度确认, 尺寸确认等。
在管道初步设计阶段, 多与设计院、业主、监理、安装单位等交流在管道制造、安装中焊接组合等方面的工艺要求, 建议合理的管材消耗的设计用量, 以使在保证合理的使用材料前提下降低工程概算造价。根据各专业 (如热工, 化学等专业) 图纸按照专业安装标准和规范进行初步设计, 包括测点的位置、形式和尺寸等。
配管图设计院确认、会审、会签:配管图经初步设计后, 主要由设计院进行确认, 设计院经应力复核计算, 确认是否满足要求, 及是否有临时变更等。设计院确认完毕, 由业主 (甲方) 组织, 设计院、施工各专业 (机务、热控) 、配管厂、管件制造厂、设备制造厂、监理等单位对配管方案进行会审。最后设计院审核, 合同甲方给予确认。配管图经最终设计完毕, 由业主 (甲方) 组织, 设计院、施工各专业 (机务、热控) 、配管厂、管件制造厂、设备制造厂等进行会签。配管图经各方会签完毕, 便可开始进行配管加工。
3 配管加工
配管加工厂根据会签完的配管图, 绘制组合件加工详图。同时制定一系列文件:产品制造技术条件、检验计划、材料预算、产品工艺定额汇总表、工作量总表、弯管工艺卡、工序流转卡、焊接工艺、热处理工艺等。
配管加工厂家通过制定并执行了严格的工艺, 采用管道加工的专用设备, 同时, 加工厂有良好的质量体系和质量监督, 所有这些均保证了配管的加工质量。
4 焊接技术管理
严格检查坡口和对口尺寸:错口, 不论内径管还是外径管, 管径和壁厚有公差, 弯管和管件相接有偏差, 加上管子不圆度或运输加工中变形等又有偏差, 特别是大管径熔焊管与弯头连接可能偏差更大。制造厂内加工条件较好, 对每根来料和管件都作检查, 以设计最小壁厚为依据, 可适当调整坡口加工内径, 从而基本解决了错口尤其大径管的多处局部错口问题;坡口型式, 对于厚壁管, 国内通常用U型坡口, 而国外常采用双V型坡口。对口不仅考虑对口尺寸符合要求, 同时要兼顾整体组件尺寸。
预热:管道加工除了环焊缝焊接, 还有大量的管座、卡块等附件的焊接;除工艺特别指出, 预热包括点固、打底和填充盖面。根据焊规打底, 但绝对不能打底完才进行预热。应彻底改掉陈规陋习, 严格执行工艺要求;对于需预热的焊缝, 从始至终, 层间温度应维持在预热温度到层间温度上限间。不能预热温度一到就断电, 拆掉加热带, 拆掉保温, 要严格监控层间温度。
焊接中断处理:施焊过程除工艺和检验上要求分次焊接外, 应连续完成。若被迫中断时 (如停电) , 应采取防止裂纹产生的措施 (如后热、缓冷、保温) 。对于高合金钢焊接 (P91、F12等) 更要准备充分, 保证连续施焊。再焊时, 应仔细检查并确认无裂纹后方可按工艺要求继续施焊。
焊接规范;严格按工艺要求控制焊接电流和层间温度;工艺评定后, 对于焊接层道是有定论的, 如采用直线焊道还是摆动焊道, 是多层多道还是多层单道;做好层间检查和清理。大径厚壁管焊缝无损检验时发现的一定深度和位置的夹渣、夹渣性未熔合等缺陷, 不仅与操作技能有关, 层间清理检查尤为重要。层间清理检查不仅可去除前道焊道的焊渣和缺陷, 还要为下道焊道的优质打基础。
四大管道 篇3
我国首台超临界600MW汽轮发电机组于2005年3月在华润常熟发电厂正式投入商业运行, 从此, 中国火力发电行业开始进入超 (超) 临界时期。经过近几年的发展, 超临界350MW机组已经成为常规配置方案。中国电力工程顾问集团公司文件《电顾发电[2008]1033号》完善了四大管道的设计参数及材料的选用原则, 超临界机组, 主蒸汽管道的设计压力可取用锅炉最大连续蒸发量下过热器出口的工作压力。主蒸汽管道的设计温度和其他管道的设计参数按《火力发电厂汽水管道应力计算技术规程》 (DL/5366-2006) 执行。主蒸汽管道和热段蒸汽管道采用A335P91材料。冷段蒸汽管道, 当设计温度≤415℃时, 采用A672 B70 CL32材料;当设计温度>415℃时, 采用A691 1-1/4Cr CL22材料 (或性能相当的其他管材) 。高压给水管道, 高压给水管道采用EN10216-2标准的15Ni Cu Mo Nb5-6-4材料。
1 国内生产现状
我国自从第一台超临界火电机组投产至今, 超临界与超超临界机组的四大管道大部分电厂均采用进口管材, 由于四大管道投资较大, 约占项目投资的1%-1.5%左右, 目前国外主要供应商如表1所示。
上述各国几乎垄断了世界全部耐高温高压厚壁成型材料。为了降低火电机组的项目投资, 打破国外对四大管道的垄断, 国内许多企业从我国第一台超临界机组投产后, 就开始进行了四大管道国产化的研究工作, 2007年8月华能济宁电厂、华能白杨河电厂、华能平凉电厂、华能营口电厂开始对四大管道国产化进行试点, 目前这8台机组均投入商业运行, 运行至今未出现任何问题。为进一步扩大与推动四大管道国产化进程, 2010年11月国家能源局主持召开了超超临界火电机组四大管道国产化工作会议, 2011年4月, 国家能源局在北京组织召开了超 (超) 临界火电机组关键阀门和四大管道联合研发协议签约仪式, 因此四大管道国产化是各电厂的必然趋势。国产P91管道最初供给锅炉厂做锅炉管道用, 后开始用于主蒸汽管道及联箱上。目前, 国内能够生产P91管道的共计6家, 分别为北方重工集团有限公司、武汉重工铸锻有限公司、攀成钢、扬州诚德钢管有限公司、衡阳华菱钢管有限公司、四川三洲特种钢管有限公司。其中P91管材北方重工、扬州诚德、攀成钢、武汉重工已通过专家组评审, 其生产的管材已达到或超过进口管实物的水平, 并批量供哈锅、东锅、上锅、哈汽、上汽等单位。WB36管材北方重工、武汉重工、扬州诚德已批量生产, 并有显著使用业绩。 (表2)
2 成分与性能指标分析
P91钢管:P91钢是用V、Nb元素进行微合金化并控制N元素含量的铁素体钢, 具有较高的高温强度、优良的抗氧化性能和良好的工艺性能, 在火力发电厂中被用于亚临界、超临界机组中的主蒸汽及再热蒸汽管道, P91钢C含量低而N含量高, 同时Al含量也有限制, 因此冶炼时的脱氧受到限制, 导致气体含量增加, 冶炼问题较多, 过高的N含量会形成氮化物夹杂, Al、Ti在钢中会和N形成Al N、Ti N硬质相, 对材料塑性不利;S元素会弱化晶界并导致蠕变脆化, 严重消弱P91钢的高温持久强度和蠕变性能, 因此冶炼过程中要注意N元素的合金化和杂质元素S、P的去除, 同时严格控制脱氧Al量, 严格控制弱化晶界五害元素含量。WB36钢管:WB36钢是在碳锰钢的基础上添加Ni、Cu、Mo等合金元素形成, 使用温度为350—400℃, 在电厂中主要用于高压给水管道上, WB36钢中添加Nb元素使晶粒细化, 并通过Cu析出物进行沉淀强化, 为避免在热加工过程中出现脆性, 需将Cu/Ni比控制在1/2范围内。因此, 四大管道的机械性能优劣主要是材质各元素成份的控制, 同时热处理工艺的控制也至关重要。目前国产四大管道生产状况是, 四大管道国产化初期出现许多质量问题, 主要表现为化学成分不满足标准要求, 金相组织不合格, 屈服强度和抗拉强度偏低等问题, 经过不断的探索和工艺调整, 目前国产四大管道已能满足相关标准和规范要求, 在某些指标甚至优于国外标准。现将国产四大管道的化学成分与机械强度与ASME标准进行对比如表3所示。
P91钢管的金相组织为回火马氏体, 采用正常热处理工艺的国产管道金相组织均合格。
国产P91常温力学性能测试情况见表4。
北方重工P91与国外P91机械性能对比见表5。
WB36钢管成份对比见表6。
WB36钢管金相组织为贝氏体+铁素体, 其中贝氏体含量不低于40%, 热处理工艺对于铁素体和贝氏体含量有重要影响, 控制不当易出现铁素体含量超标, 从而导致WB36钢强度偏低。WB36热处理工艺为880-980℃正火+580-680回火, 热处理过程中要注意冷却速度, 冷却速度过慢会形成大量铁素体, 导致硬度和强度降低。目前, 国产WB36热处理通常采用冷却方式有采用空冷、风冷和雾冷的方式, 空冷方式较为常用, 通过该方式进行热处理的WB36管材经检测金相组织均合格。
WB36机械强度对比见表7。
通过上述数据对比, 国产P91管材与WB36管材的化学成份、室温力学性能、金相组织均符合相关标准要求, 部分性能指标已超过国外同类型产品的性能, 因此, 国产P91、WB36管材能够满足当前火电厂四大管道使用要求。
对四大管道使用用户的调研情况:华能甘肃平凉电厂是我国首台超临界机组四大管道采用国产化的电厂, 该电厂于2008年分别与北方重工、武汉重工签订了管道供货协议, 其中主蒸汽管道、高压给水管道采用北方重工产品, 再热热段采用武汉重工产品, 再热冷段采用韩国EEW产品, 5#机组于2010年2月投产, 6#机组于2010年3月投产, 投产至今以及在安装过程中, 未发现任何质量缺陷。上海汽轮机厂主蒸汽管道主要采用北方重工与扬州诚德的产品, 东方锅炉厂P91管材主要采用宝山钢铁公司、攀成钢、北方重工、武汉重工产品, 上海汽轮机厂与东方锅炉厂自采用国产四大管道以来, 未出现过质量问题。
2012年8月, 北重集团与南通电厂签订了“江苏南通电厂2×1000MW级超 (超) 临界燃煤发电机组工程 (四大管道国产部分) ”供货合同, 其中P92材质的主蒸汽主管规格为ID368×96, 国产化长度为160米, 管道设计压力为28.84MPa, 设计温度为610℃;P92材质的再热蒸汽热段主管规格为ID749×45, 国产化长度为190米, 管道设计压力为7.237MPa, 设计温度为608℃;15Ni Cu Mo Nb5-6-4 (WB36) 材质的给水主管规格为660×65, 国产化长度为30米, 管道设计压力39MPa (阀前) /36MPa (阀后) , 设计温度为302℃。2014年2月26日10时18分, 江苏南通电厂1000MW超超临界火电2#机组顺利通过168小时测试, 正式并网发电。标志着国产高端耐热钢大口径厚壁无缝钢管在超超临界机组四大管道上应用取得全面突破。
3 结论
四大管道采用国产化无论从技术上还是使用的业绩上均是可行的, 其采用国产化无论是工程造价还是生产供货周期均有利于整个工程项目的建设, 为保证四大管道的质量, 四大管道在投料生产过程中必须进行严格的质量监督, 各项性能测试必须符合相关技术要求, 否则严禁进入下一个环节的生产。四大管道过程检验的每一个环节均至关重要, 目前, 国内四大管道检测执行的标准主要有GB5310—2008《高压锅炉用无缝钢管》、ASME SA-335/SA-335M-08、DIN EN 10216-2-2002、ASME A999/SA-999M、ASME A-530/A-530M、ASME SA-106, 四大管道管材及管件的化学成份、硬度、拉伸试验、金相组织、拉伸强度、冲击功等各项数据必须符合或高于上述检测标准, 350MW超临界机组的四大管道采用国产化是完全可行的。
摘要：目前超临界机组四大管道采用进口产品带来的一系列问题, 如价格昂贵, 采购周期长, 管道制造过程质量无法监督控制, 造成电厂基建费用增加, 建设周期长, 现场安装前检验发现诸多质量缺陷等。通过对国内钢厂所生产的四大管道化学成分、性能指标分析及调研已应用国产化四大管道情况, 为某350MW电厂机组四大管道国产化提出建议。
关键词：四大管道,国产化,性能指标
参考文献
[1]火力发电厂汽水管道设计规定[S].北京:中国电力出版社, 2000.
[2]发电技术, 2012年4月.
四大管道 篇4
目前, 在我国整个电网中, 燃煤火力发电占75%左右, 电力工业以燃煤发电为主的格局在很长一段时期内难以改变。 为了有效提高燃煤机组的循环效率, 大型化、高参数成为燃煤机组发展的重点。大量660MW和1000MW超超临界机组先后投运的事实证明, 600℃超超临界参数机组已经得到了成功应用, 但在目前的材料结构下 ( 以HR3C、Super304H、A335P92 为材料核心) , 大幅提高蒸汽参数基本不可能。在超超临界技术日益成熟的今天, 在现有的材料结构下采用二次再热方式, 是提高火电机组热效率的有效途径, 在节能减排方面具有突出优势。
目前国内采用高参数660MW超超临界二次再热机组 (如华能安源工程) , 汽机进口参数为:31MPa/600℃/620℃/620℃。 该设计参数超过了目前国内外同类投产机组, 为确保机组安全投产, 需对其四大管道选型进行具体分析。
1选型基础数据
以东方汽轮机厂提供的各种工况下热平衡图为选型基础, 见表1。
2四大管道选型分析
目前国内大容量超超临界机组四大管道壁厚计算执行以下规范:
(1) 《火力发电厂汽水管道设计技术规定》 (DL/T5054-1996) [1]:适用于火力发电厂范围内主蒸汽参数为27MPa、550℃ (高温再热蒸汽可达565℃) 及以下机组的汽水管道设计。
对于的管子, 在设计压力和设计温度下所需的最小厚度sm, 按下列公式计算:
按管子外径确定壁厚时:
按管子内径确定壁厚时:
(2) 《火力发电厂汽水管道应力计算技术规程 》 (DL/T 5366-2006) [2]:适用于以低碳钢、低合金钢和高铬钢为管材的火力发电厂汽水管道。 没有机组参数及容量的限制。
最小厚度计算没有的限制, 公式同上。
(3) 《电厂动力管道设计规范》 (GB50764-2012) [3]:适用于火力发电厂范围内输送蒸汽、水、油、气等介质的管道设计。 没有机组参数及容量的限制。
最小厚度计算有的限制, 公式同上。
(4) 中国电力工程顾问集团公司2008 年10 月20 日印发的《火力发电厂超 (超) 临界机组四大管道设计专题研讨会议纪要 》 ( 电顾发电 〔2008〕1033号) 。 没有机组参数及容量的限制。
对于近几年新修订的DL/T 5366 -2006 和GB50764-2012, 四大管道壁厚计算公式均取消了机组参数的限制, 实践证明, 超出DL/T 5054-1996 的设计参数的超超临界机组目前已大量投产, 壁厚选型是安全的。因此, 二次再热机组四大管道壁厚计算沿用以上公式是合适的, 为慎重起见, 建议同时核算是否满足要求。
2.1 主蒸汽管道选型
主蒸汽管道设计参数按 《电厂动力管道设计规范》 (GB50764-2012) [3]规定:
1) 主蒸汽管道设计压力
对于直流炉取用下列两项的较大值:
a) 汽轮机主汽门进口处设计压力的105%, 汽轮机主汽门进口处的设计压力等于汽轮机主汽门前额定进汽压力的105%;
b) 汽轮机主汽门进口处设计压力加主蒸汽管道压降, 汽轮机主汽门进口处的设计压力等于汽轮机主汽门前额定进汽压力的105%。
主汽的设计温度与常规超超临界机组相同, 取用610℃。 但设计压力达到34.1MPa (a) , 超过常规超超临界机组设计压力。温度相同, 仅压力的提高不会影响管材的选型, A335P92 材料同样适用。 经计算, 主管最小壁厚为112.7mm, 主管壁厚取113mm。
需要注意的是, 目前国内超超临界机组的主蒸汽和高温再热蒸汽管道规格计算选取时的许用应力是采用的EN标准, 但是EN标准目前适用的范围为壁厚小于100mm的X10Cr WMo WNb9-2 (P92) 管道 (不适用本工程主蒸汽管道主管) , 大于100mm时则未说明;如果采用ASME标准, 虽然壁厚规格可以适用, 但是ASME标准上目前仅适用于设计温度不大于621℃的管道 (不适用本工程高温再热蒸汽管道) , 且ASME标准上的X10Cr WMo WNb9-2 管道的规定的许用应力小于EN标准。 虽然目前国内也有电厂主蒸汽主管壁厚超过了100mm (如九江工程主管道壁厚为115mm) , 但考虑到二次再热主蒸汽管道设计压力超过目前同类工程较多, 为慎重起见推荐采用双管2-2 形式。 管道规格为 (主汽1/2 容量管) :规格为ID254×82, 材料为A335P92。
2.2 再热蒸汽管道选型
再热蒸汽管道设计压力取汽轮机VWO工况高排压力的1.15 倍, 对于锅炉再热器出口联箱到汽轮机进口部分 (热段) , 可减至再热器出口安全阀动作的最低整定压力。 据此, 一次再热管道设计压力13.31 MPa (a) , 二次再热管道设计压力4.23 MPa (a) 。高温再热蒸汽管道 (热段) 的设计温度为锅炉一次、 二次再热器出口额定再热蒸汽温度 ( 取623℃) 加锅炉正常运行时的允许温度正偏差5℃ 。因此, 对应汽机入口620℃, 本工程热段设计温度为628℃。 低温再热蒸汽管道 (冷段) 的设计温度为VWO工况热平衡图中汽轮机超高压缸、 高压缸排汽参数等熵求取在管道设计压力下相应温度与制造厂提供的超高压缸、 高压缸排汽跳闸温度两者之间的大值。
对于冷段, 根据汽机厂提供的热平衡图, VWO工况下超高压缸、 高压缸排汽温度均接近或超过了435℃。 对于本工程来说, 最高允许使用温度为427℃的A672B70CL32 电熔焊接碳钢管将不再适用。 根据《电厂动力管道设计规范 》 (GB50764-2012) [3]中5.2.5条规定:“中温高压或高温高压用直缝电熔焊钢管与管件可用于设计小于或等于10MPa, 且设计温度不在蠕变范围之内的管道”。 由于一次冷段的VWO工况工作压力为11.656MPa, 电熔焊管A691 2-1/4Cr CL32 已不符合规范要求。 故一次冷段采用无缝钢管A335P22。 而二次冷段VWO工况工作参数为3.764MPa, 445.1℃, 故二次冷段采用电熔焊管A6912-1/4Cr CL32。
对于锅炉热段采用623℃的研究分析如下:
在现有成熟的广泛运用于600℃及以上超超临界机组的大口径钢管主要是A335P92 材料。
在《电厂动力管道设计规范》 (GB50764-2012) [3]中规定:X10Cr WMo VNb9-2 (P92) 材质管道应用范围是:壁温为620℃以下蒸汽管道。 在《锅炉安全技术监察规程》 (TSG G0001-2012) [4]中规定:10Cr9-Mo W2Mo VNb BN (P92) 用于集箱及管道的适用范围为:计算壁温≤630℃。
ASME code case 2179-3 (1999 年) :“对外径大于3- 1/2in (88.9mm) 的管道, 不能用于1150°F (621℃) 以上”[5]。 ASME code case 2179-6 (2006年) /2179-7 (2009 年) :取消了对上述限制条件, 同时下调了高温许用应力值。 ASME code case 2179-7 中高温段许用应力已经下调, 但仍比V&M公司做的试验数据更高。 经了解, 目前最新的ASME第一卷中有关锅炉设计各章节及其有关code case均已取消对A335 P92 的最高使用温度621℃的限制, 也就是说按ASME第一卷规定锅炉设计范围内的集箱及管道设计选用的P92 可以用到621℃以上。
根据欧洲P92 材料105 小时试验情况, 欧洲蠕变委员会 (ECCC) 2005 年对P92 蠕变断裂数据进行了重新评估, 表明其材料105 小时蠕变持久强度降低, 但材料允许温度定为650℃。 目前欧洲再热蒸汽620℃的机组均按此规定执行。
由上述可知, 虽然国内外相关规范对于A335P92 材料的适用温度不同, 但根据ECCC对P92 材料的试验研究, 其最高使用温度定为650℃及以下, 且欧洲按该标准蒸汽温度采用620℃的机组已有投产项目 (如德国Walsum B. 10, 1×790 MW, 再热:621 ℃/ 75 bar a, 运行时间:2009) , 因此我们认为, 若将锅炉再热器出口蒸汽温度提高至623℃, 虽然现有P92 材料将接近温度应用上限, 但仍然适用, 同时为保证机组的长期安全运行, 建议运行时须加强管道金属监督, 另外需重点关注锅炉再热汽温的控制措施, 防止运行时出现大范围的温度偏差。
因此, 一、二次热段材料采用A335 P92。
由表2 可知, 一次高温再热管采用2-2 布置形式相较于2-1-2 布置形式单台机组可节省投资189.08 万元, 推荐一次高温再热蒸汽管道采用2-2布置。
如果二次高温再热蒸汽管道采用2-1-2 的布置方式, 经计算其主管管径将达到ID1060×48 (内径管) , 经咨询国内外配管厂, 如此大内径管的高温蒸汽管道加工上很难实现, 因此, 二次热段管采用2-2布置。 其它一、二次冷段均采用2-1-2 布置模式。
经计算, 再热管道规格见表3。
2.3 主给水管道选型
根据汽机厂提供的热平衡图, 其最高给水温度为330.0℃, 15Ni Cu Mo Nb5-6-4 无缝钢管仍然适用, 其选型参数见表4。
3结束语
通过对高参数660MW超超临界二次再热机组四大管道的选型分析可知, 虽然机组参数部分超出目前规范的适用范围, 但并无技术瓶颈, 超超临界二次再热机组四大管道的设计是可行的。
参考文献
[1]DL/T 5054-1996火力发电厂汽水管道设计技术规定.
[2]DL/T 5366-2006火力发电厂汽水管道应力计算技术规程.
[3]GB50764-2012电厂动力管道设计规范.
[4]TSG G0001-2012锅炉安全技术监察规程.
四大管道 篇5
对于火力发电机组，当机组做功介质蒸汽的工作压力大于水的临界状态点压力Pc=22.115 MPa时，称之为超临界机组。目前常规的超临界机组蒸汽参数一般为24.2 MPa/538℃/566℃或24.2 MPa/566℃/566℃。随着我国经济的稳定快速发展，对能源需求不断增加，同时对环保要求也不断提高。超临界机组蒸汽参数提高，机组效率提高，热耗率下降，节约燃料，发展大容量高参数机组，是我国提高火力发电效率、节约一次能源、改善环境、降低发电成本的必然趋势。
超临界机组相对亚临界机组蒸汽温度和压力参数都有所提高，在提高机组效率的同时，也对四大管道材料提出了更高和更新的要求。下面将针对新疆特变电工新疆硅业有限公司2×350 MW自备热电站工程(以下简称特变工程)初设阶段的四大管道材质选择、规格选取、弯管半径和弯曲半径选用等几个方面进行论述，以期使四大管道的材质、壁厚以及弯管弯曲半径等达到安全可靠且有利于降低初投资的最优化设计。
2 四大管道材质选择、规格选取
2.1 四大管道材质选择
国内常规350 MW等级超临界机组的四大管道材质选择见表1。
上表中的管道材料在国内350 MW等级超临界机组中经过多年运行考验，已证明是十分成熟、可靠的管道材料，在高温条件下其金相组织稳定，并已积累了丰富的焊接和热处理经验，因此特变工程四大管道的材质均按上表所列的选取。
2.2 四大管道规格选取
根据DL/T 5366-2006火力发电厂汽水管道应力计算技术规程[1]，承受内压力的汽水管道，直管的最小壁厚Sm按式(1)和式(2)计算：
a)按直管外径确定时：
b)按直管内径确定时：
式中：Sm为直管的最小壁厚，mm;D0为管道外径，取用公称外径，mm;Di为管道内径，取用最大内径，mm;[σ]t为钢材在设计温度下的许用应力，MPa;P为设计压力，MPa;Y为温度对计算管道壁厚公式的修正系数;η为许用应力的修正系数;a为考虑腐蚀、磨损和机械强度要求的附加厚度，mm。
直管的计算壁厚按式(3)计算：
式中：Sc为直管的计算壁厚，mm;C为直管壁厚负偏差的附加值，mm。
在任何情况下，管道的取用壁厚应不小于管道的计算壁厚Sc，而弯管任何一点的实测最小壁厚，不得小于弯管相应点的计算壁厚，且外侧壁厚不得小于相连直管允许的最小壁厚。
计算管道壁厚时，A335.P91材料的许用应力按ASME B31.1-2007中的材料特性数据选取。与DL/T5054-1996火力发电厂汽水管道设计技术规定[2]中的材料特性数据相比，ASME B31.1-2007中A335.P91的许用应力增加，对应的管道壁厚可适当减少，可以降低整个管系的重量与投资。
在相同管材及输送流体流量不变的情况下，一般是管径越大，管壁越厚，则每米管道耗费钢材就越多，造价就越高，但管道压力损失减小。在满足强度、压力损失和流速要求的情况下，应尽量选择管径较小、壁厚较薄的规格。
经计算，在综合考虑强度、压力损失、流速以及管道购买的便利性等诸多情况下，确定特变工程四大管道的管道规格见表2。
3 四大管道弯管弯曲半径的选用
3.1 四大管道弯管及其应用情况介绍
为减小四大管道系统管路的阻力损失，除了对主厂房布置进行优化，缩短锅炉、汽机之间的距离，减少四大管道的长度及降低其压力损失外，在主蒸汽管道、再热热段管道与再热冷段管道中采用弯管代替弯头也能够达到降低管系阻力的目的。
目前，四大管道从碳钢，WB36、P11、P22和12Cr1MoV等低合金钢到P91和P92等高合金钢的各种材料的弯管工艺都已经评定合格，弯管工艺已成为成熟的加工工艺。在DL/T 515-2004电站弯管[3]中，当前应用的弯管工艺有2种：感应加热弯管和冷弯。感应加热弯管利用中/高频电源对管道圆周方向狭窄带进行加热到弯管所需的温度，同时将管道匀速推进，弯矩作用到管道的加热区域使管道沿预设的轨道弯曲从而形成具有一定曲率半径和角度的弯管。冷弯的工作原理是将管道沿胎具旋转拖拽从而形成具有一定曲率半径和角度的弯管，不需对管道进行加热。
弯管和弯头的区别主要体现在弯曲半径、通流面积和直管段长度等方面，具体比较见表3。
弯管相对于弯头有如下的优势：
a)弯管可以降低管道的振动，有利于管系的安全运行;
b)采用弯管可以减少管系的总展开长度，且由于弯管的局部阻力小，可以降低管道的总阻力;
c)弯管内流动的介质对弯管外弧内壁的冲刷小;
d)弯管可以减少管道的总焊口数，且焊口远离弯曲部分，使管道更安全;
e)100%通流面积的弯管，蒸汽管道便于疏水，杜绝积水对焊口的腐蚀;
f)当弯管和直管采用同壁厚时，采用弯管可以缩短管件的采购生产周期。
相比较弯头，弯管的弯曲半径大，采用弯管需考虑以下问题：
(a)弯管的弯曲半径大，给管道的布置带来一定困难;
(b)弯管的刚度大，使管系的刚度有所增加;
(c)弯管和直管的不等壁厚，弯管直管段长度的不确定性，需在配管完工后进行二次复算，并影响支吊架的设计和生产工期;
(d)弯管和直管壁厚可能不等，增加了采购规格;
(e)弯管增加了运输和吊装难度;
(f)采用弯管的配管加工工期略长。
3.2 四大管道弯管壁厚、数量和弯曲半径的选择
3.2.1 弯管壁厚的选择原则：
壁厚选择满足设计和弯管加工要求即可，壁厚过大，增加投资，增加管道的计算难度;
确定直管的最小壁厚Tmin，直管的选取壁厚T(考虑壁厚负偏差、直径偏差及C值对口要求);
根据弯管的弯曲半径、外径/壁厚比值(比值越大外弧减薄率越大)、材料(一般合金含量高减薄率高)确定减薄率对应的弯管的最小壁厚Tbmin;
弯管的选择壁厚Tb=Tbmin+壁厚负偏差;
当Tb≤T时，弯管和直管选择壁厚同为T。
3.2.2 弯管数量和弯曲半径的选择：
由于特变工程对主厂房布置方案进行了优化，压缩了主厂房体积，在四大管道的布置中，主蒸汽系统的主管道预计采用4个弯管;再热热段管道中主管预计采用3个弯管;再热冷段管道预计采用5个弯管。所有弯管的弯曲半径均选用3倍管道外径。
主蒸汽管道采用弯管后，在保持汽机主汽门前的额定压力不变的情况下，可以降低给水泵的出口压力，节省给水泵的能耗;根据工程实际和有关研究经验表明：再热蒸汽系统因属于二次汽系统，其阻力的变化对汽轮机乃至全厂热效率影响都很大，降低再热蒸汽总阻力，可有效提高全厂经济性，从而降低机组的发、供电煤耗。再热冷段和热段管道采用弯管后，可以有效降低管路系统以及整个再热系统的压力损失，提高汽轮机中压主汽门前的进汽压力，从而提高机组的热效率，降低汽轮机热耗。
经过计算，采用弯管后，主蒸汽管道的阻力损失可降低0.031 8%，再热热段蒸汽管道的阻力损失可降低0.085 9%，再热冷段管道的阻力损失可降低0.079 3%。
4 结语
目前国内已有大量350 MW超临界机组投入运行，相应的四大管道的设计、安装、运行经验已十分丰富，因此主要在管道规格选取、弯管代替弯头两方面进行设计优化。选取管道规格时，在满足强度、压力损失、流速等要求的情况下，尽量减少管道壁厚，降低管道重量;在布置中尽量采用弯管代替弯头，降低管系阻力，提高机组的经济性。
四大管道采用弯管可以减少投资，降低机组热耗率，达到节能的目的，同时有利于管道安全运行。采用弯管可以缩短管件采购生产周期，虽然配管加工工期有所延长，但通过合理安排，总体上不会增加从订货到交货的总工期。外径/壁厚比值较大的再热系统管道采用弯管更能节省投资，更能降低管道阻力，如果弯管和直管的壁厚比较接近，建议弯管和直管选择同一壁厚。
参考文献
[1]能源部华东电力设计院.DL/T5366—2006火力发电厂汽水管道应力计算技术规程.北京:中国电力出版社,2006.
[2]电力设计部东北电力设计院.DL/T5054—1996火力发电厂汽水管道设计技术规定.北京:中国电力出版社,1996.