2005年热机专业技术交流600MW超超临界机组四大管道设计浙江省电力设计院2005年11月目录1 前言 (1)2 四大管道设计对象 (1)2.1 四大管道设计参数拟订原则 (1)2.2 拟采用的主机参数 (3)2.3 主蒸汽、再热蒸汽管道设计参数的确定 (3)2.4 高压给水管道 (4)3.四大管道材料选择 (5)3.1 耐高温管道材料的发展情况 (5)3.2 新型耐高温管道材料在超超临界机组中的应用 (9)3.3 四大管道选材原则 (13)3.4 不同管道材料的技术经济比较 (13)3.5 600MW超超临界机组四大管道材料推荐意见 (16)4 四大管道规格的拟定 (17)5 四大管道在工厂化配管和管道支吊安装中应重视的几个技术要点 (19)5.1 焊接工艺 (19)5.2 支吊架材料选择 (20)5.3 管件订货 (20)8 结论及意见 (21)8.1 四大管道设计参数的选取原则 (21)8.2 四大管道材料 (21)8.3 四大管道设计参数及规格 (22)1 前言本文主要介绍了600MW超超临界机组四大管道设计过程中的设计参数拟订原则，材质的选择，参数、规格的确定以及设计计算的要求等，为同类型电厂工程四大管道设计提供参考。
2 四大管道设计对象四大管道指主蒸汽管道、高温再热蒸汽管道、低温再热蒸汽管道和高压给水管道。
2.1 四大管道设计参数拟订原则根据中华人民共和国电力行业标准《火力发电厂汽水管道设计技术规定》DL/T5054-1996第一章总则的规定，该规定适用于火力发电厂范围内主蒸汽参数为27MPa、550o C（高温再热蒸汽可达565o C）及以下机组的汽水管道设计。
显然，对于超超临界机组，蒸汽参数24.2～27MPa、566℃～600℃已经超出上述汽水管道设计技术规定的范围。
鉴于国内尚无适合于该蒸汽参数范围的设计技术规定，一方面应加快DL/T5054-1996的修订工作，同时现阶段可参照美国动力管道设计规定ASME B31.1或其他发达国家相关技术标准执行。
《火力发电厂汽水管道设计技术规定》（DL/T5054-1996）（以下简称“管规”）是根据我国的经验，参照国外有关规程，包括美国ASME B31.1规程制定的，但与国外的有关规程仍不尽相同。
就设计参数方面，在“管规”中规定：主蒸汽管道的设计压力，取用锅炉过热器出口的额定工作压力或锅炉最大连续蒸发量下的工作压力。
当锅炉和汽轮机允许超压5%（简称5%OP）运行时，应加上5%的超压值。
主蒸汽管道的设计温度，取用锅炉过热器出口蒸汽额定工作温度加上锅炉正常运行时允许的温度偏差5 o C。
在“B31.1”中122.1.1(A)中指出设计压力和温度的选择，要足以超过任何预期的，并非一定为连续的运行工况，以允许在超压保护装置不动作时仍能可靠运行。
在122.1.2A4中指出：对于配单元机组并备有对应集箱蒸汽压力的自动燃烧控制设备的锅炉，蒸汽管道设计压力不应小于主汽门进口处设计压力加5%，或者是不小于任何锅筒（汽包）安全阀整定压力下限值的85%或者不小于管道系统任何部位预期的最大持续压力，取上面三者中的最大值，而所使用的材料的许用应力值不应大于过热器出口预期的蒸汽温度下的允许值，对于没有固定汽水分界线的强制流动锅炉（直流炉），其设计压力也不应小于预期的最大持续运行压力。
目前需讨论的问题是：什么是预期的运行工况？在“管规”中，对设计温度考虑了允许的偏差值5℃，而对设计压力则没有考虑偏差。
在B31.1的122.1.1(A)中，则要求压力和温度都要超过任何预期的，并非一定为连续的运行工况。
122.1.1(A)应理解为对设计压力和温度的总的要求，122.1.2A4则是对主蒸汽管道的具体化，与122.1.1(A)应是不矛盾的。
什么是预期的运行工况？在DL/T892-2004《电站汽轮机技术条件》6.2节中规定：在任何12个月的运行期中，汽轮机进口的平均主蒸汽压力不应超过额定压力。
为保持此平均值，主蒸汽压力不应超过额定压力的105%。
对于额定蒸汽温度不超过566℃时，在任何12个月的运行期中，汽轮机任一进口的平均温度不应超过其额定温度。
为保持此平均值，进口温度通常不应超过额定温度8℃。
如果通过二根或二根以上平行管道向汽轮机任一端点供汽，其中任何一管子的蒸汽温度与另一根的差异不宜超过17℃。
额定蒸汽温度超过566℃时，其允许偏差可由供需双方商定。
根据IEC对汽轮机的要求，可见超压5%和超温8℃连续运行是允许的，只要保持12个月平均值不超过额定值即可。
按此理解，主蒸汽管的设计压力应取为额定进汽压力的105%加上主蒸汽管道的压降，设计温度应取为汽轮机额定进汽温度加8℃和主蒸汽管的温降。
综上所述，按照不同的规范，即按照“管规”和按照“B31.1”拟订的设计参数还是存在一定的差异，主要是主蒸汽管道的设计参数差异比较明显。
经计算，按“B31.1”拟订的设计参数比按“管规”拟订的设计参数，主蒸汽管道壁厚要明显增加，每米重量约要增加10%，就一台机组的主蒸汽管道的投资要增加近300万。
设计参数提高后，对机组运行安全性当然是有利的，但会使管道壁厚增大，不仅投资大，而且由于管道刚度的加大，对设备的推力也会增加，采取任何措施降低况，仅以汽轮机VWO工况下的出力作为汽轮机的最大计算出力。
设计中按“管规”确定了设计参数，就应成为今后运行管理的依据，在运行中严格控制超压和超温的幅度和时间，就可以确保机组的安全运行。
2.1.1 超温的控制直流锅炉的给水量等于蒸发量，因此只要保持燃料量与给水量的比值一定，则过热蒸汽的焓值不变，所以直流锅炉过热汽温的调整主要通过调节煤水比来实现，但是实际上要保证煤水比不变并不容易，因此还必须用喷水做精确调整。
在运行工况变化时首先调整煤水比，再加喷水微调，过热器采用两级喷水减温装置，每级左右能分别调节。
过热器减温水管道及阀门的选择按设计值的250%考虑，完全可以将过热汽温稳定控制在5℃的允许变化范围内。
2.1.2 超压的控制目前国内引进的大容量机组已不再考虑汽轮机VWO+5%OP的运行工况，仅以汽轮机VWO工况下的出力作为汽轮机的最大计算出力。
因此，在正常运行工况下，应不会出现超压，但当汽轮机紧急降负荷时，由于锅炉降负荷的滞后，会出现主蒸汽管道压力摒高，此时可以通过打开旁路来调节压力，目前国内大部分的大容量机组的旁路都具有调压功能，对于那些只采用简易旁路系统的机组，则通过锅炉出口主蒸汽管道的PCV阀和安全阀的动作来泄压。
根据“B31.1”在102.2.4正常运行允许变化中规定：“管道系统偶然短时在高于设计压力温度下运行应认为是安全的。
这种压力或温度或两者同时变化，所计算的周向应力不超过对应温度下的许用应力如下百分数时，这种波动可以超过设计值：(A)当任何一次不多于8小时，年累计不超过800小时时，其许用应力可提高15%；(B)当任何一次不多于1小时，年累计不超过80小时时，其许用应力可提高20%”。
经计算，同样壁厚的管道，在许用应力提高15%时，它能承受的115%的设计压力。
对于汽轮机紧急降负荷引起的管道短时超压任何一次的时间均无可能超过8小时，对于带基本负荷的机组，每年累计事故甩负荷的次数也是非常有限的。
而锅炉出口主蒸汽管道的PCV阀的起跳压力通常都设定在锅炉出口主蒸汽压力的110%。
因此，按照“管规”拟订设计压力是合适的。
同时，据了解，目前正在设计中的超超临界机组的四大管道的设计参数均是按照“管规”来拟订的。
因此仍可以按“管规”来确定四大管道的设计参数。
2.2拟采用的主机参数本专题中主机参数按汽机入口参数25MPa/600℃/600℃的600MW超超临界机组考虑。
2.3 主蒸汽、再热蒸汽管道设计参数的确定主蒸汽及高、低温再热蒸汽系统采用单元制系统。
主蒸汽管道和高温再热蒸汽管道分别从过热器和再热器的出口联箱的两侧引出，合并成一路总管后接到汽轮机前再分成两路，分别接入高压缸和中压缸左右侧主汽关断阀和再热关断阀。
低温再热蒸汽管道从高压缸的两个排汽口引出，在机头处汇成一根总管，到锅炉前再分成两根支管分别接入再热器入口联箱。
这样既可以减少由于锅炉两侧热偏差和管道布置差异所引起的蒸汽温度和压力的偏差，有利于机组的安全运行，同时还可以选择合适的管道规格，节省管道投资。
过热器出口及再热器的进、出口管道上设有水压试验隔离装置，锅炉侧管系可做隔离水压试验。
主蒸汽、再热蒸汽系统按汽轮发电机组VWO工况时的热平衡蒸汽量设计。
按《火力发电厂汽水管道设计技术规定》DL/T5054-1996有关规定。
主蒸汽系统管道的设计压力为锅炉过热器出口额定主蒸汽压力。
主蒸汽系统管道的设计温度为锅炉过热器出口额定主蒸汽温度加锅炉正常运行时允许温度正偏差5℃。
冷再热蒸汽系统管道的设计压力为机组VWO工况热平衡图中汽轮机高压缸排汽压力的1.15倍。
冷再热蒸汽管道系统的设计温度为VWO工况热平衡图中汽轮机高压缸排汽参数等熵求取在管道设计压力下相应的温度与汽轮机厂提供的高压缸排汽跳闸温度两者之间的大值。
热再热蒸汽管道系统的设计压力为VWO工况热平衡图中汽轮机高压缸排汽压力的1.15倍或锅炉再热器出口安全阀动作的最低整定压力。
热再热蒸汽管道系统的设计温度按《火力发电厂汽水管道设计技术规定》DL/T5054-1996有关规定，应为锅炉再热器出口额定再热蒸汽温度加锅炉正常运行时的允许温度正偏差5℃。
为了协调机炉运行，改善整机启动条件及机组不同运行工况下带负荷的特性，适应快速升降负荷，增强机组的灵活性，每台机组设置一套高压和低压两级串联汽轮机旁路系统。
高压旁路每台机组安装一套，从汽机入口前主蒸汽联络管接出，经减压、减温后接至低温再热蒸汽管道。
低压旁路每台机组安装二套，从汽机中压缸入口前高温再热蒸汽两根支管分别接出，经减压、减温后接入凝汽器。
高压旁路阀前管道设计参数同主蒸汽管道，阀后管道设计参数同低温再热蒸汽管道；低压旁路阀前管道设计参数同高温再热蒸汽管道，阀后管道设计参数为1.2MPa(g)，200℃。
主蒸汽和再热蒸汽系统管道的设计参数、介质流量、推荐流速等详见表2-1。
2.4 高压给水管道系统设置两台50％容量的汽动给水泵和1台30％容量的电动启动给水泵。
每台汽动给水泵配置1台电动驱动的前置泵。
系统设三台全容量、卧式、双流程高压加热器，三台高加给水采用大旁路系统。
给水泵出口设有最小流量再循环管道并配有相应的控制阀门等，以确保在机组启动或低负荷工况流经泵的流量大于其允许的最小流量，保证泵的运行安全。
每根再循环管道都单独接至除氧器水箱。
给水管道上装设30%容量的调节阀，以增加机组在低负荷时的流量调节的灵敏度。
给水系统按最大运行流量即锅炉最大连续蒸发量(BMCR)工况时相对应的给水量进行设计。