火力发电厂四大管道选型技术专题探讨

张勇

张勇

（特变电工国际工程有限公司831100）

摘要：近年来随着经济指标的发展，大型的火力发电厂不断通过技术改造等优化降低发电成本，促进火力发电厂的经济指标更加先进、完善和可靠，从而减少降低工程造价，为电厂竞价上网创造有力条件。

关键词：四大管道；材料技术；造价

前言

成本意识和管控逐渐成为电力行业不断进步发展的主题之一，随着电力体制改革的不断深化，火力发电厂的成本静态投资也在逐步降低，要想在激流中占得一席之地，在激烈的市场竞争中抢的蛋糕，必须不断的降低发电成本，科学技术的不断进步，越来越多的新材料、新工艺和新技术的成功应用，也给发电厂进一步降低成本提供了便利条件。在成型的发电厂成本管控中，作为主要材料之一的四大管道管材的优化设计，完善和提高火力发电厂的经济指标，减少工程造价。

正文：

四大管道是指：主蒸汽管道（过热器出口联箱到高压主汽门接口之间的两条高温高压蒸汽管道）；热再热蒸汽管道（再热器出口联箱到中压主汽门接口的两条高温高压蒸汽管道）；:冷再热蒸汽管道（高压缸排汽口到再热器入口联箱接口之间的两条高温高压蒸汽管道）；高压给水管道（电动给水泵出口到省煤器入口联箱接口之间的高压锅炉供给水管道）。

随着火电机组规模装机容量的不断壮大，蒸汽的压力和温度的不断提高，可以说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℃。由此可见材料的发展已成为制约电力技术发展很重要的因素。

本文将针对大唐呼图壁热电厂热电联产2X300MW亚临界供热间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。

q,u:一、主蒸汽管道选型对比：

原电力部有关部门曾于1994年召开了火电站管道管件规格化会议，提出了火电站主要汽水管道规格，其中300MW机组主蒸汽系统主管推荐采用A335一P22管材。此后国内300Mw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300MW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300MW~600MW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，五大发电集团的电厂设计均按照此建议进行，呼图壁热电厂最终选用A335-P91作为电站主蒸汽管道、再热蒸汽热段管道的材料。

为了更好的选择四大管道主材，需要对材料的各种不同性能及价格综合对比，我们将P91和P22对比，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41.6％；在538℃时，P91钢材的许用应力却比P22钢材高83.3％。由于这种材料在高温下的许用压力相差较大，其作为主蒸汽管道时候的壁厚选择就有了更大的余地，管道壁厚可以降低好多，管道壁厚降低，相对重量就降低，支吊架的选择也可以调整，这也是在大机组上应用越来越广泛的主要原因。

下面我们来从管道的规格上进行分析对比P91和P22，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ID368×82，支管规格为ID273×62.23；采用P91材质时，主管规格为ID368X41，支管规格为ID273×30。对比可知，主管道壁厚减薄了41mm，减薄率为50％；支管道壁厚减薄了32．23mm，减薄率为51．8％。管道总重大大减少，管道总重比P91／P22=1／2．18。基本上管道使用量减少了一半多。

重量也就意味着造价，以以上重量为基准，我们来分析价格，随市场价格的波动，两种管材单位重量价格比P91／P22约为1．4～1．95，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是经济的。按照2008年火电工程限额设计中价格，P91钢材单价为49000元／t，P22钢材单价为34808元／t，本工程主蒸汽管道约为171m，采用P91钢材后钢管总重减少约90t，费用减少约137万元。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。

二、再热蒸汽热段管道选择：

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。由于计算管壁太薄，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。管道总重变化不大，管道总重比P91／P22=1／1．39，远大于价格比，因此呼图壁工程推荐采用P22管材。

三、再热冷段管道选择：

在之前的电力建设管道规格会议上，根据300MW机组建设使用的经验，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1／3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。

四、高压给水管道选择：

高压给水管道通常使用St4518／11I管材，本工程优化为15NiCuMoNb5-6-4。15NiCuMoNb5-6-4与St4518/Ⅲ的弹性模数及线膨胀系数十分相近,但15NiCuMoNb5-6-4的许用应力远大于St4518/Ⅲ,因此,高压给水管道采用15NiCuMoNb5-6-4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15NiCuMoNb5-6-4。

i-通过上述技术经济比较，呼图壁热电厂工程主蒸汽管道采用A335P91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15NiCuMoNb5-6-4管材，既能保证工程质量又可以降低工程造价。经过近两年的运行及后续检查发现，质量可靠，性能优异。

作者简介：

张勇

职务：质量安全主管

单位：特变电工国际工程有限公司，工程技术部