超(超)临界用阀门材料选用及设计制造技术研究
鹿焕成、唐惠锋、张惠东 中阀科技-开封高压阀门有限公司
摘 要：本文主要介绍了超(超)临界高温高压阀门材料选用、设计制造、应力分析、功能试验等技术要点。
关键词：超(超)临界火电站 高温高压阀门
1引言
1.1我国的电力发展水平：
我国到2010年总装机容量已达9.6219亿KW，其中火电占73.4%；水电占22.18%；核电占1.12%；风电占3.23%。全国发电量达4.1413万亿Kwh，火电占80.3%；水电占15.99%；核电占1.78%。全社会用电量在4.1923万亿Kwh，仍有500多亿Kwh缺口。据美国能源部信息管理局发布的[国际能源展望]，到2020年中国发电总装机容量将达11.86亿KW，根据我国十二五规划到2020年总装机要达到18.25亿KW。其中火电为11.6亿KW,占63.6%；水电为3. 3亿KW,占18%；核电为0.9亿KW,占4.93%；风电为1.8亿KW,占9.86%，其它0.65亿KW ,占3.56% (天然气0.4亿KW；太阳能0.2亿KW；生物质及再生能源0.05亿KW)。目前我国人均装机容量为0.718 kW，人均发电量只有3090Kwh，还远远低于世界发达国家的水平。(欧盟15国在2002年人均用电已达到6636 Kwh)
1.2我国电力发展方向：
我国煤炭资源丰富，2000米以浅预测煤炭资源5.6亿万吨，能源剩余可采总储量中煤占58.8%，在相当长时期内能源结构仍以煤炭为主，以煤为一次能源的火力发电仍是电力生产的主要方式。预计到2020年18.25亿KW总装机容量中：火电占11.6亿KW,仍占63.6%，火电在未来电力结构的主导地位没有变。
从当前国际发展趋势来看，对火电厂在效率、经济和环境适应性方面，有竞争力的技术都瞄准采用超(超)临界机组、整体煤气化联合循环机组等。一般中小机组热效率在30%左右，亚临界大型火电机组的热效率在38%以下，而超(超)临界机组的热效率可达42%～45%。一台60万KW超超临界火电机组参数25Mpa/600℃比亚临界火电机组参数17Mpa/540℃年节约煤炭12.6万吨，节约燃料费用4000多万元，减少CO2气体排放37万吨，减少SO2气体排放0.3万吨。
据目前国家电力发展产业政策，已经把60万KW超临界和60万、100万KW超超临界机组作为主流建设机组。发展超(超)临界电站除了解决设计制造上有关技术问题，还有一个关键就是材料问题—要有满足超(超)临界具有承受更高温度和压力的材料。研制超(超)临界机组用阀门也存在同样问题。
2超(超)临界火电机组耐热钢的开发
早在20世纪50年代美国、英国和德国就开始研制超(超)临界机组，受当时的材料技术水平限制，这些机组都只能降低参数运行，又退回到了亚临界参数。国际上20世纪70年代中的能源危机，使人们重新考虑发展高参数超临界和超超临界发电技术的研究计划。这些研究项目都把耐热材料作为主要内容。1974年美国能源部委托国家实验室，在美国电科院、美国燃烧工程公司协作下，开发出9C-1MoV钢，拉开了超临界材料研究的序幕。1980年9C-1MoV钢应用于美国Kingston电厂5号机组，此后又被加拿大、英国用于电厂。1983年至1984年美国ASME标准中相继出现代号为：管子T91、P91/锻件F91/板材GR91的新材料。1985年以来该钢种被世界各国广泛应用于火力发电机组的过热器，再热气管道及阀门上。1986年美国电科院组织了包括美国、日本和欧洲的英国和丹麦等国锅炉、汽轮机制造厂参与的RP1403项目，为期8年进行超超临界火电机组材料的研究，证实了P92和P122钢是制造锅炉部件的合适材料。2000年美国能源部又计划在15年以后，蒸汽参数达到760℃，并向870℃超高温冲刺。
欧洲16国组织的超超临界火电站材料的研发,通过实施COST501,522,536计划，从1983～1997年,1998～2003年，2004～2015年，分三个阶段开发火电新材料,包括耐热钢,高温合金等，和表面处理和涂层技术。在技术措施上,运用纳米技术进行合金开发,用计算机辅助合金设计和模拟,解决耐热材料的高温强度和抗氧化性能问题。
日本80年代启动了超超临界发电技术研究,相继开发了铁素体耐热钢和奥氏体耐热钢，目前也在进行700℃超高温新材料的研究。
传统火力发电用钢种P22/F22/WC9属于2.5Cr1Mo钢。
第Ⅰ代新钢种：T22V(2.5CrMoV),T23(CrMoWNb)，600℃\105h的蠕变断裂强度提高到60MPa；
第Ⅱ代新钢种：P91 F91 C12A9Cr1MoV超临界火电机组，600℃\105h的蠕变断裂强度提高到100MPa；
第Ⅲ代新钢种 92 F92 F9119CrMoW超超临界机组，600℃\105h的蠕变断裂强度提高到140MPa；
第Ⅳ代新钢种:NF1212CrWCoNiVNbSAVE12(12CrWCoVNb)12Cr预研,600℃\105h的蠕变断裂强度提高到180MPa。
我国电力习惯采用CrMoV钢,80年代开始从国外引进了CrMo钢,用于亚临界电站蒸汽管道与阀门；90年代末引进9Cr1MoV钢,用于超临界电站蒸汽管道与阀门；2005年引进9CrMo2W耐热钢，制造百万超超临界电站蒸汽管道与阀门。由于P92/F92钢具有优良的高温性能，已受到世界各国的普遍关注，并在国际上超超临界火电站得到应用。我国目前的60万KW超临界以及100万KW超超临界机组主蒸汽和主给水阀门几乎100%来自于进口。国家每年要花大量的外汇从美国太平洋公司、TYCO公司、加拿大VALAN公司、日本OKANO公司、德国KISB等公司进口大批阀门。因此研制开发60万KW超临界、100万KW超超临界机组的高温高压阀门，对我国电力工业健康发展具有重要意义。
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