超超临界机组管道及管件国产化的现状与展望

超超临界机组管道及管件国产化的现状与展望
杨富
   国家电监会安委会，北京，100031；
摘要：本文针对我国超超临界（USC）机组高速发展及其用钢和管件国产化的薄弱环节，指出了新型高温高强度钢及管件的开发是我国USC技术发展的技术关键。论述了我国新型高温高强度耐热钢及其管件国产化的现状及展望。提出了国产新型钢及管件在USC机组投入运行后的金属监督研究工作，仅供同行参考。
关键词：超超临界（USC）机组、新型钢、管件、国产化、金属监督  
截至2009年底，全国发电装机容量达到8.74亿千瓦。其中，火电达到6.52亿千瓦约占总容量的74.60%。火电建设继续向着大机组、大容量、USC机组、节水环保型方向发展。在运行的1000MWUSC机组已达21台，在建的1000MWUSC机组12台。我国已经成为世界上拥有超超临界机组最多的国家。虽然我国USC机组的发展取得了举世瞩目的发展，但USC机组用高温高强度钢材及管件的国产化研制和应用性能的研究工作薄弱，因此，研发、生产符合有关标准的国产化新钢种及管件，以及对其性能随运行温度、时间变化规律的研究，已成为推广应用 USC技术的关键。
1、新型高温高强钢及管件的开发是USC机组发展的关键技术¬¬
1.1、USC机组是我国火电发展的必然趋势。
我国能源以煤炭为主，所以我国的能源发展政策是煤为主体，电为中心，保障社会经济的可持续发展。我国电力以煤为主要燃料的格局在今后相当长的时期内不会改变。故我国电力发展的基本方针是：提高能源效率，保护生态环境，加强电网建设，大力开发水电、优化发展煤电，积极发展核电，适度发展天燃气发电，鼓励新能源发电。
发展燃煤发电机组，必须要带来巨大的环境压力。排放的烟气中含有SOX、NOX和CO2，并排出大量的灰渣和污水。给人类带来四大环境问题。温室效应、酸雨、臭氧层破坏和大气污染。
优化发展煤电，提高燃煤发电机组的效率和减少污染物排放的洁净煤发电技术，从目前世界火力发电技术难度和现实性看，USC技术并配备以常规的烟气脱硫技术较易实现，且USC机组在国际上已经是商业化成熟的发电技术。
我国在运的21台1000MWUSC 机组的实践，已充分证明了，我国大力发展USC机组的必然性和正确性。
1.2、USC机组发展的关键技术之一 ——新型耐热钢的开发
USC机组就是通过提高火电机组锅炉蒸汽温度、压力参数提高机组效率，特别是温度参数对效率的影响更为显著，而提高蒸汽参数遇到的主要关键技术是金属材料的耐高温、高压及焊接问题。
我国正在建设的USC机组大量采用的新型铁素体耐热钢为SA213-T23、T91、T92；SA335-P91、P92、P122及新型奥氏体耐热钢为A213M-S30432(SUPER304H)、TP310HCbN(HR3C)。SC/USC锅炉承压部件用钢选择。如表一




表一
承压部件        超临界        超超临界
水冷壁        T1, T2, T11        T1, T2, T11；T23/T24
过热器
再热器        T12, T22,T23, T91, TP304H, TP347H        T12,T22,T23, T91,T92,TP310HCbN(HR3C)、
A213M-S30432(SUPER304H)
主汽        P91        P92/P122/E911
再热冷段        Al672B70CL32        A691Cr1-1/4CL22
再热热段        P91        P91/P92
给水管道        WB36        WB36
1.3、USC机组的发展的关键技术之二—新型耐热钢管件的开发
火电厂四大管道是主蒸汽管道、主给水管道、再热蒸汽管道热段 和再热蒸汽管道冷段 的总称。四大管道是火电机组的关键部件之一，其质量对机组的安全运行相当重要，特别是采用了新型的9％～12％Cr马氏体耐热钢管道。管道系统中的薄弱环节是管道管件和焊缝，所以管件的质量对四大管道的安全运行非常重要。四大管道设计参数及规格见表二。
表二 四大管道设计参数及规格
超临界600MW机组
用途        设计参数        材料        材料标准        最小内x最小壁厚
外径x壁厚
        压力(MPa)        温度(℃)                       
给水阀前        38        193        15NiCuMoNb5-6-4        EN 10216-2        支: OD355.6X40
给水阀后        35        286        15NiCuMoNb5-6-4        EN 10216-2        主: OD508X50
                                        支: OD355.6X40
主汽        25.4        576        A335P91        ASTM A335        主: ID419.1X70
                                        支: ID398.5X50
冷段        5.42        342        A672B70CL32        ASTM A672        主: OD1016X27
                                        支: OD711X19
热段        5.42        573        A335P91        ASTM A335        主: ID914X31
                                        支: ID648X23
超超临界600MW机组
给水阀前        39        193        15NiCuMoNb5-6-4        EN 10216-2        支: OD355.6X40
给水阀后        36        295        15NiCuMoNb5-6-4        EN 10216-2        主: OD508X55
                                        支: OD355.6X40
主汽        27.46        610        X10CrWMoVNb9-2
(P92)        EN10216-2:2002
+A2:2007        主: ID406X100
                                        支: ID292X73
冷段        5.7        372        A672B70CL32        ASTM A672        主: OD1016X29
                                        支: OD711X21
                425        A691 1-1/4CrCL22        ASTM A691        主: OD1016X30
                                        支: OD711X22
热段        5.7        608        X10CrWMoVNb9-2
(P92)        EN10216-2:2002
+A2:2007        主: ID883X43
                                        支: ID616X31
超超临界1000MW机组(哈汽、东方)
给水阀前        39        193        15NiCuMoNb5-6-4        EN 10216-2        支: OD457X50
给水阀后        36        302        15NiCuMoNb5-6-4        EN 10216-2        主: OD660X65
                                        支: OD457X50
主汽        27.46        610        X10CrWMoVNb9-2
(P92)        ASTM A335        主: ID368X92
                                        支: ID260X65
冷段        6        385        A672B70CL32        ASTM A672        主: OD1219X38
                                        支:OD863.6X27
                425        A691 1-1/4CrCL22        ASTM A691        主: OD1219X38
                                        支:OD863.6X27
热段        6        608        X10CrWMoVNb9-2
(P92)        EN10216-2:2002
+A2:2007        主: ID749X38
                                        支: ID527X28
超超临界1000MW机组(上海SIEMENS)
给水阀前        42        193        15NiCuMoNb5-6-4        EN 10216-2        支: OD457X55
给水阀后        38        302        15NiCuMoNb5-6-4        EN 10216-2        主: OD610X65
                                        支: OD457X50
主汽        28.84        610        X10CrWMoVNb9-2
(P92)        EN10216-2:2002
+A2:2007        主: ID356X94
                                        支: ID254X68
冷段        7.3        400        A672B70CL32        ASTM A672        主: OD1168X47
                                        支:OD813X33
                425        A691 1-1/4CrCL22        ASTM A691        主: OD1168X42
                                        支:OD813X30
热段        7.3        608        X10CrWMoVNb9-2
(P92)        EN10216-2:2002
+A2:2007        主: ID686X42
                                        支: ID495X31

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