增 刊 相 红 阳 : 超 临 界 350 MW 机 组 四 大 管 道 管 材 及 规 格 优 化 109 型 式 : 超 临 界 一 次 中 间 再 热 单 轴 三 缸 两 排 汽 双 抽 供 热 汽 轮 机 额 定 转 速 :3000r/min 旋 转 方 向 : 顺 时 针 ( 从 汽 机

第 37 卷 增 刊 重 庆 大 学 学 报 Vol.37Supplement 2014 http://qks.cqu.edu.cn 年 12 月 JournalofChongqingUniversity Dec.2014 超 临 界 350 犕 犠 机 组 四 大 管 道 管 材 及 规 格 优 化 相 红 阳 ( 四 川 电 力 设 计 咨 询 有 限 责 任 公 司, 四 川 成 都 610016) 摘 要 : 针 对 近 期 新 疆 超 临 界 350MW 国 产 机 组 工 程 的 实 际 情 况, 利 用 国 内 超 临 界 600MW 等 级 机 组 的 成 熟 设 计 经 验, 对 该 工 程 四 大 管 道 的 设 计 规 范 材 料 选 择 管 径 规 格 的 优 化 计 算 进 行 探 讨, 并 对 比 ASME2004 和 2007 管 材 规 范 对 管 径 计 算 的 影 响 关 键 词 : 超 临 界 ; 四 大 管 道 ; 管 材 ; 壁 厚 计 算 ; 管 道 规 格 中 图 分 类 号 :TK172.4 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1000 582X(2014)S2 108 07 1 概 述 1.1 电 厂 概 况 宁 夏 宝 塔 石 化 集 团 海 航 集 团 等 共 同 出 资 成 立 的 新 疆 奎 山 宝 塔 石 化 有 限 公 司, 计 划 在 新 疆 奎 屯 - 独 山 子 经 济 技 术 开 发 区 投 资 建 设 800 万 t/a 重 油 制 烯 烃 芳 烃 ( 炼 化 项 目 ) 600 万 t/a 冶 金 喷 吹 料 ( 半 焦 项 目 ) 2 350 MW 热 电 联 产 三 项 目, 采 用 油 煤 化 电 热 一 体 化 工 艺, 建 成 低 碳 技 术 的 循 环 经 济 示 范 工 程, 实 现 优 势 互 补, 提 高 综 合 效 益 2 350 MW 热 电 联 产 新 建 工 程 在 满 足 循 环 经 济 项 目 自 身 热 负 荷 及 电 力 需 求 的 同 时, 还 可 向 开 发 区 提 供 采 暖 供 热, 并 将 多 余 电 量 输 送 至 新 疆 电 网, 改 善 新 疆 电 源 结 构, 提 高 新 疆 电 网 运 行 的 安 全 稳 定 性, 实 现 资 源 的 优 化 配 置 1.2 工 程 建 设 规 模 及 建 设 模 式 本 期 工 程 建 设 容 量 为 2 350 MW 燃 煤 超 临 界 抽 凝 式 直 接 空 冷 供 热 机 组, 同 步 建 设 烟 气 脱 硫 脱 硝 装 置 +1 75t/h 中 温 中 压 链 条 炉, 并 预 留 扩 建 条 件 工 程 由 上 海 电 气 集 团 采 用 总 承 包 方 式 建 设 1.3 主 机 情 况 1.3.1 锅 炉 制 造 厂 : 上 海 锅 炉 厂 有 限 公 司 型 号 :SG 1163/25.4 M 型 型 式 : 超 临 界 参 数 一 次 中 间 再 热 单 炉 膛 平 衡 通 风 固 态 排 渣 紧 身 封 闭 布 置 全 钢 构 架 的 型 直 流 炉 空 气 预 热 器 : 三 分 仓 容 克 式 燃 烧 方 式 : 四 角 切 圆 点 火 方 式 : 高 能 电 火 花 轻 油 煤 粉 / 微 油 点 火 油 枪 雾 化 方 式 : 机 械 雾 化 汽 温 调 节 方 式 : 过 热 器 采 用 煤 水 比 + 喷 水 减 温 调 节 再 热 器 采 用 燃 烧 器 摆 动 调 节 最 低 稳 燃 负 荷 :30%B MCR 锅 炉 主 要 性 能 数 据 见 表 1 表 1 锅 炉 主 要 性 能 数 据 项 目 单 位 数 值 型 号 SG 1163/25.4 M 最 大 连 续 蒸 发 量 t/h 1163 过 热 蒸 汽 额 定 压 力 MPa(g) 25.4 过 热 蒸 汽 温 度 571 额 定 再 热 蒸 汽 流 量 t/h 991 再 热 蒸 汽 温 度 : 569 额 定 再 热 蒸 汽 进 口 压 力 MPa(g) 4.928 额 定 再 热 蒸 汽 出 口 压 力 MPa(g) 4.738 额 定 再 热 蒸 汽 进 口 温 度 330 额 定 给 水 温 度 : 287 额 定 排 烟 128( 修 正 后 ) 锅 炉 保 证 效 率 % 93.5 空 气 预 热 器 回 转 式 三 分 仓 空 预 器 进 / 出 口 一 次 风 温 27/343 空 预 器 进 / 出 口 二 次 风 温 23/333 燃 烧 方 式 四 角 切 圆 运 行 方 式 带 基 本 负 荷 并 参 与 调 峰 锅 炉 出 口 NOx 排 放 浓 度 mg/nm 3 300 1.3.2 汽 轮 机 制 造 厂 : 上 海 电 气 电 站 设 备 有 限 公 司 汽 轮 机 厂 型 号 :CC350/228 24.2/1.3/0.4/566/566 收 稿 日 期 :2014 10 10 作 者 简 介 : 相 红 阳 (1981 ), 男, 学 士, 主 要 从 事 发 电 厂 热 机 专 业 设 计 工 作

增 刊 相 红 阳 : 超 临 界 350 MW 机 组 四 大 管 道 管 材 及 规 格 优 化 109 型 式 : 超 临 界 一 次 中 间 再 热 单 轴 三 缸 两 排 汽 双 抽 供 热 汽 轮 机 额 定 转 速 :3000r/min 旋 转 方 向 : 顺 时 针 ( 从 汽 机 向 发 电 机 看 ) 回 热 抽 汽 级 数 :7 级 (3 级 高 加 +1 级 除 氧 +3 级 低 加 ) 汽 轮 机 主 要 设 计 参 数 见 表 2 表 2 汽 轮 机 主 要 设 计 参 数 项 目 单 位 THA TRL TMCR VWO 工 业 抽 汽 额 定 双 抽 最 大 双 抽 工 况 工 况 工 况 工 况 工 况 工 况 工 况 机 组 出 力 kw 350000 350000 370629 386153 329078 316884 300670 汽 轮 发 电 机 组 热 耗 值 kj/kwh 7898.6 8261.5 7886.4 7874.3 7130.0 6728.8 6207.2 主 蒸 汽 压 力 MPa(a) 24.2 24.2 24.2 24.2 24.2 24.2 24.2 再 热 蒸 汽 压 力 MPa(a) 4.156 4.391 4.421 4.622 4.255 4.255 4.255 高 压 缸 排 汽 压 力 MPa(a) 4.6177 4.8793 4.9121 5.1355 4.7277 4.7277 4.7277 主 蒸 汽 温 度 566 566 566 566 566 566 566 再 热 蒸 汽 温 度 566 566 566 566 566 566 566 高 压 缸 排 汽 温 度 321 326.3 327.2 331.8 322.4 322.4 322.4 主 蒸 汽 流 量 kg/h 1034976 1107875 1107875 1163269 1107875 1107875 1107875 再 热 蒸 汽 流 量 kg/h 888474 942279 947091 991274 932005 932005 932005 背 压 kpa 13.5 32 13.5 13.5 13.5 13.5 13.5 低 压 缸 排 汽 焓 kj/kg 2460.5 2556.1 2453.7 2449.5 2466.0 2478.2 2506.5 低 压 缸 排 汽 流 量 kg/h 675570 728482 715174 744772 523658 458459 375863 补 给 水 率 % 0 3 0 0 0 0 0 给 水 温 度 280.6 284.6 284.9 288.1 283.4 283.4 283.4 1.3.3 发 电 机 制 造 厂 : 上 海 发 电 机 厂 型 号 :QFS2 350 2 型 式 : 三 相 两 极 同 步 发 电 机, 采 用 双 水 内 冷 冷 却 方 式 额 定 功 率 :350 MW 额 定 容 量 :412 MVA 额 定 电 压 :20kV 表 3 3) 额 定 频 率 :50Hz 额 定 转 速 :3000r/min 相 数 :3 自 并 励 静 止 励 磁 主 要 参 数 额 定 功 率 因 素 :0.85( 滞 后 ) 额 定 电 流 :11887A 励 磁 方 式 : 自 并 励 静 止 励 磁 主 要 参 数 数 据 ( 见 表 项 目 单 位 上 海 电 气 电 站 设 备 有 限 公 司 上 海 发 电 机 厂 型 号 QFS2 350 2 额 定 容 量 MVA 412 额 定 功 率 MW 350 最 大 连 续 功 率 MW 370.6 额 定 电 压 kv 20 额 定 电 流 ka 11.887 额 定 转 速 r/min 3000 额 定 频 率 Hz 50 额 定 功 率 因 数 0.85( 滞 后 ) 额 定 效 率 % 98.95 相 数 3 极 数 2 冷 却 方 式 为 水 水 空 励 磁 方 式 静 态 励 磁 定 子 绕 组 连 接 方 式 YY

110 重 庆 大 学 学 报 第 37 卷 2 四 大 管 道 材 料 选 择 2.1 材 料 和 规 格 选 择 的 前 提 超 临 界 600MW 等 级 机 组 的 在 国 内 已 经 有 了 多 台 机 组 成 功 运 行 经 验, 四 大 管 道 所 应 用 的 材 料 也 是 比 较 成 熟 的 中 国 电 力 顾 问 集 团 公 司 于 2008 年 10 月 20 日 下 发 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 ( 以 下 简 称 超 ( 超 ) 临 界 四 大 管 道 设 计 专 题 研 讨 会 纪 要 ), 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 所 以, 本 工 程 超 临 界 350 MW 的 四 大 管 道 材 料 也 是 可 以 参 考 和 借 鉴 的 本 专 题 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 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 钢 种, 如 美 国 的 A335P91 A335P92, 德 国 的 X10CrMoVNb91 15NiCuMoNb5 6 4 钢 等, 这 些 都 要 求 重 新 进 行 主 要 汽 水 管 道 的 优 化 工 作 超 临 界 机 组 进 入 国 内 初 期, 按 管 规 要 求 和 同 类 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 45~60 m/s; 热 段 管 道 材 料 通 常 采 用 美 国 ASTM A335P22, 流 速 控 制 在 65m/s; 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 30~35m/s 左 右 ; 而 给 水 管 道 材 质 则 采 用 美 国 管 材 A106B 或 者 德 国 管 材 15NiCuMoNb5 6 4 钢, 流 速 可 以 提 高 到 6m/s 左 右 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 则 采 用 A335P91 的 材 料, 给 水 管 道 采 用 15NiCuMoNb5 6 4 现 将 国 内 近 期 设 计 的 600 350MW 等 级 超 临 界 机 组 电 厂 四 大 管 道 选 择 采 用 材 料 列 于 表 4 表 4 超 临 界 工 程 管 材 采 用 情 况 表 序 号 厂 名 容 量 主 汽 热 段 冷 段 给 水 1 沁 北 2(600MW A335P91 A335P91 A672B70CL32 15NiCuMoNb5 6 4 2 江 苏 利 港 4(600MW A335P91 A335P91 A672B70CL32 15NiCuMoNb5 6 4 3 宁 夏 临 河 2(350MW A335P91 A335P91 A672B70CL32 15NiCuMoNb5 6 4 4 重 庆 大 唐 2(350MW A335P91 A335P91 A672B70CL32 15NiCuMoNb5 6 4 可 见, 超 临 界 机 组 电 厂 中 主 汽 热 段 采 用 A335P91 管 材, 冷 段 ASTM A672B70CL32 管 材, 给 水 管 道 采 用 15NiCuMoNb5 6 4 管 材 已 成 主 流, 同 时 也 完 全 符 合 上 述 电 规 院 超 ( 超 ) 临 界 四 大 管 道 设 计 专 题 研 讨 会 纪 要 要 求 2.3 四 大 管 道 选 材 合 理 性 2.3.1 主 汽 和 再 热 热 段 由 于 本 工 程 主 汽 和 再 热 热 段 拟 用 A335P91 的 材 质, 符 合 ASTM 标 准 的 化 学 成 份 ( 见 表 5) 表 5 A335P91 % 材 料 C Si Mn P S Cr Mo Ni V Nb Al N W B P91/F91 0.08 0.12 0.20 0.50 0.30 max max 0.60 0.020 0.010 8.0 9.5 0.85 1.05 max. 0.18 0.40 0.25 0.06 max. 0.030 0.10 0.040 0.070 1)P91 的 金 相 组 织 和 物 理 性 能 T91/P91 钢 在 正 火 后, 经 过 730~780 回 火

增 刊 相 红 阳 : 超 临 界 350 MW 机 组 四 大 管 道 管 材 及 规 格 优 化 111 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 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 表 6) 表 6 犜 91/ 犘 91 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 / HB ASME A335 213 200 P91 最 小 最 大 415 585 20 250(A213) 218(A200) 2)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 3)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, 见 表 7 表 7 犜 91/ 犘 91 钢 材 10 万 小 时 的 持 久 强 度 表 温 度 / 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 T91/P91 持 久 强 度 317 295 274 253 234 215 197 179 162 145 130 115 102 90 78 68 58 4)T91/P91 钢 材 的 许 用 应 力 美 国 ASME B31.1-2007 附 录 A 中 列 出 的 A335P91 管 材 的 许 用 应 力 ( 见 表 8) 表 8 犜 91/ 犘 91 钢 材 许 用 应 力 表 371 399 426 455 482 510 537 565 593 620 650 W 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 MPa 157.9 153.1 146.9 140 131.7 122.7 112.4 96.5 71 48.3 30 此 外,A335P91 的 可 焊 性 机 械 加 工 性 能 和 热 处 理 性 能 都 十 分 良 好 由 于 本 工 程 的 主 蒸 汽 设 计 温 度 为 576, 热 段 的 设 计 温 度 为 574(C 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 和 热 段 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, 主 蒸 汽 热 段 管 道 采 用 A335P91 是 合 理 的 2.3.2 冷 段 管 道 从 技 术 方 面 来 讲, 对 于 本 工 程 的 冷 段 管 道 而 言,

112 重 庆 大 学 学 报 第 37 卷 采 用 A106B/C 和 A672B70CL32 管 材 都 是 可 以 的, 而 且 A106B/C 无 缝 钢 管 比 电 熔 焊 接 管 子 性 能 上 更 好 一 些, 但 是 从 管 道 造 价 方 面 分 析, 因 冷 段 的 设 计 参 数 导 致 大 口 径 的 A106B/C 无 缝 钢 管 比 A672B70CL32 电 熔 焊 管 成 本 高 许 多, 经 济 性 较 差 故 而 本 工 程 采 用 冷 段 管 道 A672B70CL32 电 熔 焊 管 2.3.3 给 水 管 道 目 前 国 内 外 高 压 给 水 管 道 普 遍 采 用 的 EN10216-2 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 430(C 以 下 使 用, 是 最 佳 选 择 只 要 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 良 好 的 由 表 9 的 许 用 应 力 对 比 即 可 看 出 其 节 省 钢 材 的 优 势 表 9 常 用 高 压 给 水 管 道 管 材 许 用 应 力 比 较 表 设 计 温 度 / C 250 300 350 400 15NiCuMoNb5 6 4/MPa 203.3 203.3 203.3 203.3 St45.8/ I/MPa 116 103 90 85 20G/MPa 125 113 100 87 A106C/MPa 120.7 120.7 118.45 100.7 根 据 汽 水 承 压 管 道 壁 厚 计 算 公 式 可 以 定 性 地 认 为, 管 壁 厚 度 和 许 用 应 力 成 反 比 由 上 表 可 以 明 显 看 到, 在 <400(C 的 条 件 下,15NiCuMoNb5 6 4 的 许 用 应 力 是 最 高 的, 在 设 计 温 度 为 350(C 的 条 件 下 比 采 用 St45.8/ I 和 A106C 将 节 省 约 一 半 以 上 和 近 三 分 之 一 的 钢 材 故 而 本 工 程 高 压 给 水 管 道 推 荐 15NiCuMoNb5 6 4 3 四 大 管 道 规 格 及 优 化 3.1 四 大 管 道 设 计 参 数 锅 炉 B-MCR( 对 应 汽 机 VWO) 工 况 四 大 管 道 的 工 作 参 数 见 表 10 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 应 力 计 算 技 术 规 程 DL/T5366-2006 和 电 规 院 超 ( 超 ) 临 界 四 大 管 道 设 计 专 题 研 讨 会 纪 要 确 定 本 工 程 四 大 管 道 设 计 参 数 如 表 11 表 11 设 计 参 数 表 管 道 设 计 流 量 / (t h -1 ) 设 计 压 力 / MPa 设 计 温 度 / 主 汽 1163 25.4 576 热 段 992 5.81 574 冷 段 992 5.81 351.5 给 水 ( 关 断 阀 后 ) 1163 34 288.1 表 10 四 大 管 道 工 作 参 数 a) 主 蒸 汽 管 道 流 量 /(t h -1 ) 压 力 /MPa(a) 温 度 / 备 注 1163 25.5 571 B MCR b) 热 段 管 道 流 量 /(t h -1 ) 压 力 /MPa(a) 温 / 度 备 注 992 4.981 569 B MCR c) 冷 段 管 道 : 流 量 /(t h -1 ) 压 力 /MPa(a) 温 度 / 备 注 992 5.1355 331.8 T VWO d) 给 水 管 道 流 量 /(t h -1 ) 压 力 /MPa(a) 温 度 / 备 注 1163 ~31.1 288.1 T VWO 给 水 ( 关 断 阀 前 ) 581.5 37 205.9 3.2 管 径 的 选 择 计 算 依 据 火 力 发 电 厂 汽 水 管 道 设 计 技 术 规 定 DL/ T5054-1996, 管 道 流 速 按 以 下 数 值 选 取 主 汽 管 道 :40~60m/s; 热 段 管 道 :50~65m/s; 冷 段 管 道 :30~35m/s; 高 压 给 水 管 道 :2~6m/s 根 据 管 道 设 计 参 数 和 推 荐 流 速 范 围, 同 时 P91 内 径 管 采 用 美 国 WYMAN GORDON 公 司 的 产 品 规 格, A672B70CL32 外 径 管 采 用 ASMEB3610 无 缝 钢 管 和 焊 接 钢 管 标 准 规 格 系 列,15NiCuMoNb5 6 4 外 径 管 采 用 德 国 产 无 缝 钢 管 标 准 DIN2448 规 格 系 列, 在 满 足 流 速 和 规 格 的 前 提 下, 进 行 管 径 的 优 化 计 算, 核 算 四 大 管 道 压 降 是 否 满 足 规 范 要 求 计 算 结 果 见 表 12

增 刊 相 红 阳 : 超 临 界 350 MW 机 组 四 大 管 道 管 材 及 规 格 优 化 113 表 12 四 大 管 道 管 径 计 算 表 序 号 名 称 计 算 压 力 / 计 算 温 度 / MPa 计 算 流 量 / (t h -1 ) 管 道 规 格 / mm 设 计 流 速 / (m s -1 ) 管 道 材 料 1 主 蒸 汽 管 道 25.4 576 1163 Di330 57 51.78 A335P91 2 主 蒸 汽 支 管 25.4 576 581.5 Di235 41 51.06 A335P91 3 高 温 再 热 主 管 5.81 574 991.27 Di699 26 58.54 A335P91 4 高 温 再 热 支 管 5.81 574 495.64 Di489 20 59.81 A335P91 5 低 温 再 热 主 管 5.81 351.5 991.27 Φ762 22.23 32.82 A672B70CL32 6 低 温 再 热 支 管 5.81 351.5 495.64 Φ508 14.27 36.76 A672B70CL32 7 高 压 给 水 主 管 34 288.1 1163 Φ406.4 40 5.01 15NiCuMoNb5 6 4 8 高 压 给 水 支 管 37 205.9 581.63 Φ273 30 5.12 15NiCuMoNb5 6 4 根 据 现 阶 段 管 道 系 统 和 布 置 经 初 步 计 算, 本 工 程 的 主 要 管 道 压 降 见 表 13 表 13 压 降 计 算 结 果 编 号 管 道 相 关 规 范 规 定 /MPa 计 算 压 损 /MPa 1 主 汽 2 热 段 3 冷 段 不 超 过 汽 机 进 口 额 定 压 力 的 5% 即 <1.21 MPa 再 热 系 统 压 降 按 不 超 过 高 压 缸 排 汽 压 力 8%, 扣 除 锅 炉 再 热 器 0.19 MPa, 再 热 管 道 压 降 应 <0.223 MPa 1.20 0.121 0.0954 4 给 水 1.67 可 见, 上 述 管 道 规 格 符 合 管 规 和 大 火 规 的 规 定 3.3 管 道 壁 厚 计 算 中 应 注 意 的 几 个 问 题 3.3.1 管 材 许 用 应 力 规 范 现 行 火 力 发 电 厂 汽 水 管 道 应 力 计 算 技 术 规 程 DL/T5366-2006 附 表 中 美 国 管 材 取 用 ASME B31.1-2004 附 录 A 的 许 用 应 力, 而 电 规 院 超 ( 超 ) 临 界 四 大 管 道 设 计 专 题 研 讨 会 纪 要 P91, A672B70CL32 取 用 ASMEB31.1-2007 附 录 A 的 许 用 应 力 值, 表 14 为 P91 在 两 个 规 范 中 的 许 用 应 力, 两 者 因 取 值 不 同 会 对 壁 厚 计 算 和 选 取 带 来 较 大 差 异, 本 工 程 主 汽 主 管 若 按 应 规 2004 计 算 选 择 管 径 为 Di330 60 而 按 ASMEB31.1-2007 计 算 则 为 Di330 57, 经 总 包 方 确 认, 本 工 程 按 新 版 规 范 执 行 在 其 它 工 程 设 计 中 建 议 应 根 据 管 材 的 实 际 采 购 来 源 等 综 合 确 定 所 采 用 规 范 表 14 犘 91 材 料 犃 犛 犕 犈 犅 31.1-2004 与 2007 许 用 应 力 对 比 表 371 399 426 455 482 510 537 565 593 620 650 ASME2004/MPa 177.9133.8128.9122.7115.1106.9 98.6 88.9 71 48.3 30 ASME2007/MPa 157.9153.1146.9 140 131.7122.7112.4 96.5 71 48.3 30 3.3.2 内 径 控 制 无 缝 钢 管 ( 主 汽 热 段 ) 壁 厚 计 算 和 选 a) 按 管 规 计 算 最 小 计 算 壁 厚 犛 m b) 考 虑 焊 接 对 口 要 求 计 算 取 用 最 小 壁 厚 犛 n 犛 n= 犛 m+0.5 ( 内 径 正 偏 差 d 犻 +0.25)

114 重 庆 大 学 学 报 第 37 卷 注 : 式 中 内 径 正 偏 差 按 美 国 WYMAN - GORDON 公 司 的 产 品 公 差 范 围 如 下 : 犇 i 762mm, 内 径 正 偏 差 d 犻 取 4.75mm 762mm> 犇 i 558.3 mm, 内 径 正 偏 差 d 犻 取 3.96mm 558.3mm> 犇 i 304.8mm, 内 径 正 偏 差 d 犻 取 3.18mm 犇 i<304.8mm, 内 径 正 偏 差 d 犻 取 2.36mm c) 根 据 内 径 管 规 格 系 列 向 上 靠 档 选 取 实 际 取 用 壁 厚 3.3.3 电 熔 焊 管 ( 冷 段 ) 考 虑 对 口 和 管 道 刚 度 要 求, 壁 厚 可 适 当 加 大, 增 加 按 电 规 院 超 ( 超 ) 临 界 四 大 管 道 设 计 专 题 研 讨 会 纪 要 约 为 外 径 的 0.5% 3.3.4 外 径 无 缝 管 ( 给 水 ) 为 满 足 焊 接 对 口 要 求, 实 际 取 用 壁 厚 在 取 用 最 小 壁 厚 的 基 础 上 加 2.5mm 左 右 后 靠 标 准 壁 厚 系 列 选 取 在 计 算 中 应 特 别 注 意 欧 洲 标 准 EN10216-2:2002 对 壁 厚 的 极 限 偏 差 规 定 中 当 外 径 犇 >355.6mm, 且 壁 厚 犜 / 犇 >0.1 时, 壁 厚 偏 差 应 在 ±10% 的 基 础 上 提 高 5% 4 结 语 对 本 工 程 超 临 界 350MW 机 组 四 大 管 道 进 行 材 质 优 选 管 道 规 格 及 压 降 优 化 等 工 作 后, 得 出 如 表 15 所 示 优 化 结 论 表 15 本 工 程 四 大 管 道 选 用 规 格 表 编 号 管 道 材 料 管 径 /mm 壁 厚 /mm 备 注 1 主 汽 主 管 A335P91 (330) (57) 内 径 管 2 主 汽 支 管 A335P91 (235) (41) 内 径 管 3 热 段 主 管 A335P91 (699) (26) 内 径 管 4 热 段 支 管 A335P91 (489) (20) 内 径 管 5 冷 段 主 管 A672B70CL32 762 22.23 外 径 管 6 冷 段 支 管 A672B70CL32 508 14.27 外 径 管 7 高 压 给 水 主 管 15NiCuMoNb5 6 4 406.4 40 外 径 管 8 高 压 给 水 支 管 15NiCuMoNb5 6 4 273 30 外 径 管 注 : 对 于 内 径 管, 管 径 和 壁 厚 外 加 圆 括 号, 管 径 表 示 为 最 小 内 径, 壁 厚 为 最 小 壁 厚 ; 对 于 外 径 管, 管 径 和 壁 厚 不 加 括 号, 管 径 表 示 为 公 称 外 径, 壁 厚 为 公 称 壁 厚 参 考 文 献 : [1] 中 国 电 力 工 程 顾 问 集 团. 电 顾 电 发 [2008]1033 号. 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 议 纪 要 的 通 知.2008 年 10 月 20 日. [2]DL/T5054 1996 火 力 发 电 厂 汽 水 管 道 设 计 技 术 规 定. [3]DL/T5366 2006 火 力 发 电 厂 汽 水 管 道 应 力 计 算 技 术 规 程. [4]PowerPiping.ASMEB31.1 ( 编 辑 王 秀 玲 )

第 37 卷 增 刊 重 庆 大 学 学 报 Vol.37Supplement 2014 http://qks.cqu.edu.cn 年 12 月 JournalofChongqingUniversity Dec.2014 新 疆 奎 山 宝 塔 2 350 犕 犠 热 电 联 产 工 程 辅 助 蒸 汽 系 统 浅 析 相 红 阳 ( 四 川 电 力 设 计 咨 询 有 限 责 任 公 司, 四 川 成 都 610016 ) 摘 要 : 严 寒 地 区 350 MW 超 临 界 机 组 辅 助 蒸 汽 系 除 了 供 汽 机 锅 炉 相 关 设 备 用 汽 外, 还 需 要 为 暖 通 化 学 等 专 业 提 供 辅 助 蒸 汽 由 于 各 设 备 用 汽 参 数 不 尽 相 同, 用 汽 量 大 小 也 差 别 很 大, 因 此 造 成 整 个 辅 汽 系 统 来 汽 起 源 以 及 供 汽 分 支 较 多, 如 果 是 多 台 机 组 工 程, 还 需 要 考 虑 机 组 之 间 的 联 络 母 管, 整 个 系 统 相 当 复 杂 针 对 新 疆 奎 山 宝 塔 2 350 MW 热 电 联 产 工 程, 对 辅 助 蒸 汽 系 统 设 置 做 一 个 具 体 的 分 析 关 键 词 : 严 寒 ; 超 临 界 机 组 ; 参 数 ; 辅 助 蒸 汽 中 图 分 类 号 :TK172.4 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1000 582X(2014)S2 115 04 我 院 从 2011 年 4 月 开 始 新 疆 奎 山 宝 塔 2 350 MW 热 电 联 产 工 程 设 计, 至 2014 年 8 月 基 本 完 成 施 工 图 设 计 该 项 目 位 于 新 疆 严 寒 地 区, 辅 助 蒸 汽 除 供 机 组 启 动 用 汽 外, 还 需 要 为 主 厂 房 采 暖 生 水 加 热 等 用 汽 点 提 供 辅 助 蒸 汽 辅 汽 用 汽 点 较 多, 参 数 变 化 较 大, 因 此 系 统 比 较 复 杂 传 统 设 计 中, 辅 助 蒸 汽 系 统 大 多 只 设 置 了 一 个 辅 汽 联 箱, 不 同 汽 源 接 入 辅 汽 联 箱, 再 分 配 至 不 同 的 用 汽 点, 其 中 根 据 需 要 设 置 减 温 减 压 装 置 而 本 工 程 则 根 据 用 汽 参 数 的 不 同, 分 别 设 置 了 高 压 及 低 压 两 个 辅 汽 系 统, 分 别 对 不 同 用 汽 点 供 汽 这 种 系 统 设 置 方 式, 对 繁 多 的 用 汽 点 根 据 参 数 进 行 了 区 分, 来 汽 汽 源 也 分 成 高 低 压 两 种, 互 不 干 涉 使 得 系 统 更 为 清 晰 明 了 1 工 程 概 况 新 疆 奎 山 宝 塔 2 350 MW 热 电 联 产 工 程 项 目 位 于 新 疆 奎 屯 - 独 山 子 石 化 工 业 园, 距 乌 鲁 木 齐 250km 该 电 厂 作 为 工 业 园 区 循 环 经 济 项 目 的 自 备 电 厂, 在 满 足 园 区 其 他 项 目 的 供 热 及 电 力 需 求 的 同 时, 向 开 发 区 供 热 并 向 电 网 送 电, 改 善 新 疆 电 源 结 构, 提 高 新 疆 电 网 运 行 的 安 全 稳 定 性, 实 现 资 源 的 优 化 配 置 电 厂 处 于 严 寒 地 区, 其 气 象 条 件 较 为 恶 劣, 具 体 数 据 见 表 1 表 1 项 目 单 位 数 值 发 生 日 期 平 均 气 压 hpa 966.8 平 均 气 温 7.9 平 均 最 高 气 温 14.0 平 均 最 低 气 温 2.8 最 热 月 平 均 气 温 26.3 最 冷 月 平 均 气 温 -15.3 收 稿 日 期 :2014 10 10 作 者 简 介 : 相 红 阳 (1981 ), 男, 学 士, 主 要 从 事 发 电 厂 热 机 专 业 设 计 工 作

116 重 庆 大 学 学 报 第 37 卷 续 表 1 极 端 最 高 气 温 41.8 1965.07.24 极 端 最 低 气 温 -36.4 1966.12.20 最 大 日 温 差 27.5 1993.01.18 平 均 水 汽 压 hpa 8.4 平 均 相 对 湿 度 % 65 最 小 相 对 湿 度 % 2 年 平 均 降 水 量 mm 185.9 最 大 年 降 雨 量 mm 322.4 最 小 年 降 雨 量 mm 95.6 一 日 最 大 降 水 量 mm 40.6 2010.02.23 年 平 均 蒸 发 量 mm 1814.7 平 均 风 速 m/s 1.3 最 大 风 速 m/s 20( 定 时 2min) 最 大 积 雪 深 度 cm 56 2010.02.23 最 大 冻 土 深 度 cm 145 1964 日 照 时 数 h 2451.0 平 均 雷 暴 日 数 d 16 最 多 雷 暴 日 数 d 26 平 均 沙 暴 日 数 d 3.7 平 均 大 风 日 数 d 6.6~13 年 最 多 冻 融 循 环 次 数 times 24 基 本 风 压 kn/m2 0.60 基 本 雪 压 kn/m2 0.55 海 拔 m 600 2 主 机 参 数 2.1 锅 炉 制 造 厂 : 上 海 锅 炉 厂 有 限 公 司 型 号 :SG 1163/25.4 M 型 式 : 超 临 界 参 数 变 压 运 行 螺 旋 管 圈 直 流 炉, 一 次 再 热 平 衡 通 风 紧 身 封 闭 固 态 排 渣 全 钢 构 架 全 悬 吊 结 构 Π 型 锅 炉 燃 烧 方 式 : 四 角 切 圆 燃 烧 空 气 预 热 器 型 式 : 回 转 式 三 分 仓 点 火 方 式 : 微 油 点 火 油 枪 雾 化 方 式 : 机 械 雾 化 2.2 汽 轮 机 制 造 厂 : 上 海 电 气 电 站 设 备 有 限 公 司 汽 轮 机 厂 型 号 :CC350/228 24.2/1.3/0.4/566/566 型 式 : 超 临 界 一 次 中 间 再 热 单 轴 三 缸 两 排 汽 双 抽 直 接 空 冷 凝 汽 式 汽 轮 机 额 定 转 速 :3000r/min 旋 转 方 向 : 顺 时 针 回 热 抽 汽 级 数 :7 级 (3 级 高 加 +1 级 除 氧 +3 级 低 加 ) 2.3 发 电 机 制 造 厂 : 上 海 发 电 机 厂 型 号 :QFS2 350 2 型 式 : 三 相 两 极 同 步 发 电 机, 采 用 双 水 内 冷 冷 却 方 式 额 定 功 率 :350 MW 额 定 容 量 :412 MVA 额 定 电 压 :20kV 额 定 频 率 :50Hz 额 定 转 速 :3000r/min 相 数 :3 额 定 功 率 因 素 :0.85( 滞 后 ) 额 定 电 流 :11887A 励 磁 方 式 : 自 并 励 静 止 励 磁 3 辅 助 蒸 汽 系 统 3.1 辅 助 蒸 汽 系 统 拟 定 本 工 程 辅 助 蒸 汽 主 要 为 以 下 用 汽 点 供 汽 : 1) 除 氧 器 加 热 用 汽 2) 锅 炉 暖 风 器 用 汽 ( 一 二 次 风 暖 风 器 ; 冷 炉 点 火 暖 风 器 ) 3) 汽 机 轴 封 用 汽

增 刊 相 红 阳 : 新 疆 奎 山 宝 塔 2 350 MW 热 电 联 产 工 程 辅 助 蒸 汽 系 统 浅 析 117 4) 磨 煤 机 防 爆 用 汽 5) 主 厂 房 采 暖 用 汽 6) 生 水 加 热 用 汽 7) 锅 炉 吹 灰 用 汽 8) 空 预 器 吹 灰 用 汽 9) 脱 硝 用 汽 10) 燃 油 吹 扫 及 伴 热 用 汽 用 汽 参 数 及 运 行 方 式 见 表 2 表 2 序 号 用 汽 点 压 力 /MPa 温 度 / 流 量 /(t h -1 ) 备 注 1 除 氧 器 加 热 0.12 105 20 启 动 2 一 次 风 暖 风 器 0.3~1.6 250~420 8 正 常 运 行 3 二 次 风 暖 风 器 0.3~1.6 250~420 18.8 正 常 运 行 4 冷 炉 点 火 暖 风 器 1.3 300~420 8.8 启 动 5 汽 机 轴 封 0.4~2 200~350 9.7 启 动 6 磨 煤 机 防 爆 0.3~0.5 150~250 4~6 事 故 7 主 厂 房 采 暖 0.4~0.6 250~300 25 正 常 运 行 冬 季 8 生 水 加 热 1.6 400 20 正 常 运 行 冬 季 9 锅 炉 吹 灰 0.8~1.0 250~270 5 启 动 10 空 预 器 吹 灰 1.0~1.37 350 11 启 动 10 脱 硝 1.0~2.0 400 9.9 正 常 运 行 11 燃 油 吹 扫 及 伴 热 1.6 250 5 正 常 运 行 从 表 2 中 可 以 看 出, 辅 助 蒸 汽 用 户 大 致 可 分 为 两 1) 锅 炉 一 二 次 风 暖 风 器 类 :(1) 蒸 汽 压 力 1.0~1.6 MPa, 温 度 300~400 ; 2) 磨 煤 机 防 爆 用 汽 (2) 蒸 汽 压 力 0.3~1.0 MPa, 温 度 150~300 如 3) 主 厂 房 采 暖 用 汽 果 按 一 般 辅 助 蒸 汽 系 统 考 虑, 设 置 一 路 高 压 辅 助 蒸 由 此, 我 们 可 以 初 步 拟 定 处 辅 助 蒸 汽 系 统 图, 见 图 1 汽, 从 四 段 抽 汽 供 汽, 那 么 一 是 抽 汽 量 大, 该 级 抽 汽 有 从 图 1 中 可 以 看 出, 辅 助 蒸 汽 系 统 设 置 了 两 台 辅 可 能 不 能 提 供 足 够 蒸 汽 ; 二 是 用 高 参 数 蒸 汽 对 低 参 数 汽 联 箱, 分 别 对 高 压 和 低 压 部 分 用 汽 点 供 汽 而 来 汽 蒸 汽 用 汽 点 供 汽, 造 成 蒸 汽 品 质 浪 费, 经 济 性 降 低 起 源 在 正 常 运 行 时 分 别 由 四 段 抽 汽 和 五 段 抽 汽 供 汽 ; 综 上 所 述, 按 用 汽 点 蒸 汽 参 数 的 不 同, 本 工 程 考 启 动 及 低 负 荷 时, 由 启 动 锅 炉 和 再 热 冷 段 分 别 供 汽, 虑 设 置 高 低 压 两 路 不 同 参 数 的 辅 助 蒸 汽, 正 常 运 行 接 入 点 在 高 压 辅 汽 联 箱 高 低 压 辅 汽 联 箱 之 间 设 置 分 别 由 四 段 抽 汽 和 五 段 抽 汽 供 汽 两 路 抽 汽 参 数 有 减 温 减 压 器, 主 要 是 考 虑 在 启 动 及 低 负 荷 期 间, 五 如 下 : 抽 参 数 不 够, 不 能 投 入 时, 可 从 高 压 辅 汽 进 行 补 充 四 段 抽 汽 : 压 力 1.63 MPa(a), 温 度 408 由 于 本 工 程 为 两 台 机 组, 因 此 在 两 台 机 组 的 辅 助 五 段 抽 汽 : 压 力 0.654 MPa(a), 温 度 294 蒸 汽 系 统 之 间 设 有 联 络 母 管, 便 于 在 启 动 锅 炉 停 运 用 汽 点 也 相 应 分 为 高 低 压 两 部 分, 具 体 区 分 后, 如 果 其 中 一 台 机 组 启 动, 则 启 动 蒸 汽 可 以 由 另 一 如 下 : 台 机 组 提 供 另 外, 主 厂 房 采 暖 生 水 加 热 等 公 用 系 高 压 部 分 : 统 的 用 汽 均 从 联 络 母 管 上 接 出 1) 除 氧 器 加 热 用 汽 3.2 辅 助 蒸 汽 系 统 管 径 计 算 2) 锅 炉 冷 炉 点 火 暖 风 器 由 于 本 工 程 处 于 严 寒 地 区, 且 为 供 热 机 组, 辅 助 3) 汽 机 轴 封 用 汽 系 统 用 汽 量 较 大, 如 果 按 全 部 蒸 汽 量 来 计 算 管 道 管 4) 生 水 加 热 用 汽 径, 则 部 分 管 径 会 相 当 大 因 此, 有 必 要 对 各 用 汽 点 5) 锅 炉 吹 灰 用 汽 运 行 状 态 进 行 分 析, 组 合 用 汽 点, 合 理 计 算 管 道 管 径 6) 空 预 器 吹 灰 用 汽 从 辅 汽 联 箱 至 各 用 汽 点 管 道 管 径 根 据 用 汽 点 用 汽 7) 脱 硝 用 汽 量 来 确 定, 作 为 常 规 计 算 本 文 不 再 累 述 本 文 主 要 针 8) 燃 油 吹 扫 及 伴 热 用 汽 对 来 汽 汽 源 ; 高 低 压 辅 汽 联 络 母 管 等 管 径 进 行 分 析 低 压 部 分 : 从 表 2 中 可 以 看 出, 高 压 部 分 蒸 汽 中 生 水 加 热 用

http://qks.cqu.edu.cn １１ 重 庆 大 学 学 报 第 ３７ 卷 汽 脱硝用汽 燃 油 伴 热 及 吹 扫 用 汽 为 长 时 间 连 续 用 汽 而除氧器加热用汽 冷炉点火暖风 器 用汽 汽机 轴 封用汽 锅炉吹灰用汽和空预器吹灰用 汽 为启动或 是 短时间断续用 汽 由 此 启 动 时 启 动 锅 炉 来 汽 量 可 以仅考虑除氧 器 加 热 用 汽 冷 炉 点 火 暖 风 器 用 汽 燃 油伴热及吹扫 汽机轴封用汽 锅炉吹 灰 用汽 正常 运 行时 四段抽汽 来 汽 量 考 虑 燃 油 伴 热 及 吹 扫 汽 机 轴 封用汽 生水加热用汽 脱硝用汽 低压部分蒸汽中 一 二次风暖 风 器用汽 暖 通 采暖用汽为长时间连续用汽 磨煤机防 爆 用汽为事 故 时用汽 因此在正常运行时 五段抽汽 来 汽量可以 只 图 １ 辅助蒸汽系统图 考虑一 二次风暖风器 主厂房采暖用 汽 磨 煤机防 爆 用汽可以不考虑 或者仅考虑一台磨煤机的量 络母管上接出 所 以 联 络 母 管 管 径 计 算 时 除 了 考 虑 当一台机组正 常 运 行 另 一 台 机 组 启 动 时 正 常 启动蒸汽量外 还应加上对公用系统的供汽量 运行机组通过 辅 汽 联 络 母 管 对 启 动 机 组 提 供 启 动 蒸 汽 由于本工程对公用系统提供的辅助蒸汽是从联 综上所述 来汽汽源启动和正常 运行期间 的 蒸汽 量可按表 ３ 来 考 虑 其 管 径 计 算 可 根 据 表 ３ 中 的 数 据 取各工况中最大值进行计算 表３ 用汽点 启动工况 夏季 启动工况 冬季 正常运行工况 夏季 正常运行工况 冬季 １ ｔ ｈ ｔ ｈ １ 高压部分 ｔ ｈ １ 冷炉点火暖风器 锅炉 空预器吹灰 燃油吹扫及伴热 汽机轴封 ９ ７ ９ ７ 除氧加热 １０ １０ 脱硝 ９ ９ 生水加热 ９ ９ 总计 ３ ２ ２０ ２ ３ ４１ 低压部分 １１ ９ 一次风暖风器 ４ 二次风暖风器 １ 主厂房采暖 １０ １０ 磨煤机防爆 ４ 总计 ４ ０ ｔ ｈ １ ２２ ４ 结 语 工程由于辅汽用汽点多 用汽参数和用汽量差别较 大 因此根据参数类别设置高 低压辅助蒸汽 这样可以有 ４ ３１ ９ ４０ 的数据可以看出 低压辅汽主要在冬季供汽 夏季基本可 以不用 由此 低压辅汽可以不考虑设置联箱 而是采用 从而减少设备 降低初投 低压辅汽母管形式接至用汽点 资 在以后的工程中 这部分需要再进行优化 效的利用不同品质的蒸汽 减小热损失 提高热经济性 而 且在管道应力计算上 设置两台辅汽联箱 管道可以分段计 参考文献 相对简单一些 而对于其他工程 例如南方的电厂 系 算 １ 向泽长 火电厂 ３００ＭＷ 级 机 组 辅 助 蒸 汽 系 统 拟 定 与 统中可能没有采暖供热 暖风器 生水加热等用汽点 辅汽 设备选型 Ｊ 热机技术 １９９４ ４ ２ ４ 可以仅设置一路高压辅助蒸汽 参数相对比较单一 工程辅助蒸汽系统设置也存在部分问题 从表３中 编辑 王秀玲