二次再熱機組六大管道設(shè)計研究

王亞軍，朱佳琪，李 林，陳仁杰

（華東電力設(shè)計院有限公司，上海 200063）

二次再熱機組六大管道設(shè)計研究

王亞軍，朱佳琪，李 林，陳仁杰

（華東電力設(shè)計院有限公司，上海 200063）

本文主要對針對超超臨界二次再熱機組的特點，確定主蒸汽管道、再熱系統(tǒng)管道以及高壓給水管道的設(shè)計參數(shù)和管道材質(zhì)；通過技術(shù)經(jīng)濟比較，優(yōu)選主汽和再熱系統(tǒng)的管道壓降和管道規(guī)格；對六大管道進行全面優(yōu)化，大幅度減少六大管道材料耗量，降低系統(tǒng)阻力。

六大管道；二次再熱；參數(shù)；材料。

1　概述

隨著我國國民經(jīng)濟的不斷迅速發(fā)展，對電力市場的需求越來越大。由于煤炭在我國一次能源結(jié)構(gòu)中的主導地位，決定了電力生產(chǎn)中以煤炭為主的格局。然而與國外先進水平相比，能耗高和環(huán)境污染嚴重是目前我國火電廠中存在的兩個突出問題，并成為制約我國電力工業(yè)乃至整個國民經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。因此，發(fā)展大容量超超臨界機組將是我國火力發(fā)電提高發(fā)電效率、節(jié)約一次能源、改善環(huán)境、降低發(fā)電成本的必然趨勢。而這一發(fā)展與大量新型耐熱合金鋼材的開發(fā)與應(yīng)用是密不可分的，電力技術(shù)的發(fā)展在很大程度上取決于材料技術(shù)的發(fā)展。理論上蒸汽初壓每提高1 MPa，汽機熱耗率可降低約0.13%～0.15%。因此在不影響現(xiàn)有關(guān)鍵材料選擇和主機廠制造能力的前提下，盡量提高主汽參數(shù)將有利于進一步提高機組效率。為保證汽輪機末級的濕度在合理范圍內(nèi)，若主蒸汽壓力提高到30 MPa以上宜采用兩次再熱手段。反過來說，采用二次再熱機組可以采用30 MPa 以上主蒸汽壓力，末級葉片濕度完全可以滿足安全要求，相應(yīng)的二次再熱機組高溫高壓管道參數(shù)也會相應(yīng)提高。

超超臨界二次再熱機組的六大管道指主蒸汽管道、一次冷再熱蒸汽管道（一次冷段）、一次熱再熱蒸汽管道（一次熱段）、二次冷再熱蒸汽管道（二次冷段）、二次熱再熱蒸汽管道（二次熱段）和高壓給水管道。六大管道是電廠熱力系統(tǒng)中非常重要的組成部分，六大管道的設(shè)計直接影響電廠的經(jīng)濟性和安全性。隨著機組向更高參數(shù)、更大容量方向的發(fā)展，新型耐熱合金鋼材的開發(fā)與應(yīng)用也在不斷的發(fā)展，六大管道的設(shè)計參數(shù)越來越高、材料的具體應(yīng)用提出了更高的要求，必須在設(shè)計時采取充分的技術(shù)措施，以滿足管系的安全性；同時高溫高壓管道價格越來越昂貴、供貨周期也越來越長，所以優(yōu)化六大管道的布置，盡量減少六大管道的用量對二次再熱機組顯得尤為重要。

2　六大管道的設(shè)計參數(shù)

2.1主蒸汽、高旁、一次冷再熱蒸汽的設(shè)計參數(shù)

2.1.1國內(nèi)常規(guī)機組主汽再熱熱機參數(shù)的規(guī)定

對于1000 MW超超臨界機組，主蒸汽管道、再熱蒸汽系統(tǒng)管道設(shè)計參數(shù)的選取，國內(nèi)工程目前按照《電廠動力管道設(shè)計規(guī)范》（GB50764-2012）（以下簡稱《動規(guī)》）相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

《動規(guī)》中的規(guī)定：“超超臨界機組，主蒸汽管道的設(shè)計壓力應(yīng)取用

下列兩項的較大值：

（1）汽輪機主汽門進口處設(shè)計壓力的105%。

（2）汽輪機主汽門進口處設(shè)計壓力加主蒸汽管道壓降。

其中：主汽門入口處設(shè)計壓力為汽輪機額定進汽壓力的105%

2.1.2國際上主汽再熱設(shè)計參數(shù)的規(guī)定

（1）美國SAGENT & LUNDY公司規(guī)定，主蒸汽管道設(shè)計壓力按ANSI/ASME B31.1 122.1.2，并對汽包爐和直流爐進行了分別規(guī)定，對直流鍋爐主蒸汽管道設(shè)計壓力應(yīng)取下述兩者中的大值：

①汽輪機入口設(shè)計壓力（VWO + 5% OP工況）加5%；

②汽輪機入口設(shè)計壓力加管道壓降。

（2）美國EBASCO公司的標準設(shè)計準則規(guī)定“主蒸汽管道的設(shè)計壓力應(yīng)不大于鍋爐制造廠的過熱器出口聯(lián)箱設(shè)計壓力，并不小于根據(jù)設(shè)計準則《蒸汽鍋爐機組MNE-9》確定的過熱器出口聯(lián)箱設(shè)計壓力”。而根據(jù)《MNE-9》準則對過熱器出口聯(lián)箱的規(guī)定，“對于超臨界壓力鍋爐，其最小設(shè)計壓力應(yīng)為過熱器出口最大運行壓力加上1.04～1.38 MPa”。

（3）德國TRD300 7.5中規(guī)定：鍋爐出口過熱蒸汽管道的設(shè)計壓力應(yīng)是受超壓安全裝置保護的最高壓力。

上述國外規(guī)程均要求主蒸汽管道的設(shè)計壓力大于過熱器出口壓力。

過熱器安全閥是對鍋爐的一種安全保護措施，由于大容量機組鍋爐燃燒系統(tǒng)均是投入自動控制的，而且反應(yīng)及時迅速，即使發(fā)生超壓，也是短時的。根據(jù)以往對國內(nèi)電廠的調(diào)查，鍋爐安全閥動作次數(shù)少，動作前壓力升高的時間也短，對管道強度的影響不大。

如果取用鍋爐過熱器出口額定工作壓力，運行中就要嚴格控制超過這一壓力的幅度和時間，滿足有關(guān)標準中關(guān)于管道運行中有壓力波動，或壓力溫度同時波動的限制，且超過設(shè)計壓力或溫度時，必須驗算瞬態(tài)變化和安全性的規(guī)定。

根據(jù)IEC標準（60045-1，1991，MOD）規(guī)定：在任何12個月的運行期中，汽輪機進口的平均蒸汽壓力不應(yīng)超過額定壓力。為保持此平均值，主蒸汽壓力不應(yīng)超過額定壓力的105%。根據(jù)IEC對汽輪機的要求，可見超壓5%連續(xù)運行是允許的，只要保持12個月平均值不超過額定值即可。按此理解，主蒸汽管的設(shè)計壓力應(yīng)取為汽輪機額定進汽壓力的105%加上主蒸汽管道的壓降，管道壓降按 5%考慮。

綜上所述，參照國內(nèi)、國際標準，對于二次再熱機組主蒸汽管道的設(shè)計壓力為：（汽輪機額定進汽壓力）×1.05×1.05。

按照國內(nèi)外標準及規(guī)范，主蒸汽系統(tǒng)管道的設(shè)計溫度為鍋爐過熱器出口額定主蒸汽溫度加鍋爐正常運行時允許溫度正偏差5℃。

高壓旁路入口管道的設(shè)計參數(shù)與主蒸汽管道一致。

按照《動規(guī)》，一次冷再熱蒸汽系統(tǒng)管道的設(shè)計壓力為機組VWO工況熱平衡圖中汽輪機超高壓缸排汽壓力的1.15倍。

根據(jù)《動規(guī)》：一次冷再熱蒸汽管道的系統(tǒng)的設(shè)計溫度為VWO工況熱平衡圖中汽輪機超高壓缸排汽參數(shù)等熵求取在管道設(shè)計壓力下相應(yīng)的溫度。

高壓旁路出口管道的設(shè)計參數(shù)與一次冷再熱蒸汽管道一致。

2.2一次熱再熱蒸汽、二次冷再熱蒸汽的設(shè)計參數(shù)

按照《電廠動力管道設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱“動規(guī)”），再熱蒸汽管道的設(shè)計壓力應(yīng)取用汽輪機調(diào)節(jié)汽門全開工況熱平衡圖中汽輪機高壓缸排汽壓力的1.15倍。

對于二次再熱機組，國內(nèi)現(xiàn)行《動規(guī)》中未明確二次再熱機組的一次熱再熱蒸汽設(shè)計壓力的選取，參考一次再熱機組，一次再熱熱段蒸汽管道設(shè)計壓力按VWO工況熱平衡圖中汽輪機超高壓缸排汽壓力的1.15倍考慮。

按照《動規(guī)》，“高溫再熱蒸汽管道應(yīng)取用鍋爐再熱器出口蒸汽額定工作溫度加上鍋爐正常運行時允許的溫度偏差，當鍋爐制造廠未提供溫度偏差時，溫度偏差值可取用5℃”。

對于二次再熱機組，國內(nèi)現(xiàn)行《動規(guī)》中未明確二次再熱機組二次冷段的設(shè)計壓力的選取，參考一次再熱機組，二次冷再熱蒸汽系統(tǒng)管道的設(shè)計壓力為機組VWO工況熱平衡圖中汽輪機高壓缸排汽壓力的1.15倍。

同樣，國內(nèi)現(xiàn)行《動規(guī)》中未明確二次再熱機組的設(shè)計溫度的選取，參考一次再熱機組，二次冷再熱蒸汽管道的系統(tǒng)的設(shè)計溫度為VWO工況熱平衡圖中汽輪機高壓缸排汽參數(shù)等熵求取在管道設(shè)計壓力下相應(yīng)的溫度。

2.3二次熱再熱蒸汽設(shè)計參數(shù)

對于二次再熱機組，國內(nèi)現(xiàn)行《動規(guī)》中未明確二次再熱機組的二次熱再熱蒸汽設(shè)計壓力的選取，參考一次再熱機組，二次熱再熱蒸汽管道系統(tǒng)的設(shè)計壓力為VWO工況熱平衡圖中汽輪機高壓缸排汽壓力的1.15倍。

同樣，國內(nèi)現(xiàn)行《動規(guī)》中未明確二次再熱機組的二次熱再熱蒸汽設(shè)計溫度的選取，參考一次再熱機組，二次熱再熱蒸汽管道系統(tǒng)的設(shè)計溫度為鍋爐二次再熱器出口額定再熱蒸汽溫度加鍋爐正常運行時的允許溫度正偏差5℃。

2.4高壓給水管道設(shè)計參數(shù)選擇

（1）高壓給水管道設(shè)計壓力

根據(jù)《動規(guī)》“調(diào)速給水泵出口管道，從給水泵出口至第一個關(guān)斷閥的管道，設(shè)計壓力應(yīng)取用泵在額定轉(zhuǎn)速特性曲線最高點對應(yīng)的壓力與進水側(cè)壓力之和；從泵出口第一個關(guān)斷閥至鍋爐省煤器進口區(qū)段，應(yīng)取用泵在額定轉(zhuǎn)速及設(shè)計流量下泵提升壓力的1.1倍與泵進水側(cè)壓力之和。

（2）高壓給水管道設(shè)計溫度

高壓給水管道設(shè)計溫度應(yīng)取用高壓加熱器后高壓給水的最高工作溫度。

2.5主蒸汽、再熱蒸汽壓降的選取

對于二次再熱機組，現(xiàn)有規(guī)程、規(guī)范對主汽、再熱系統(tǒng)的壓降均沒有具體規(guī)定，關(guān)于壓降情況，只能結(jié)合現(xiàn)有規(guī)范以及國內(nèi)外類似機組的壓降情況選取。影響壓降的一個重要因素是六大管道規(guī)格的選取。

1000 MW機組的重要管道皆需進口鋼管，不但價格高，而且受國際市場、世界金融、甚至政治因素的影響，其價格常有變動。另外，因為能源的緊缺性，電廠運行的經(jīng)濟性越來越受關(guān)注，因此，選擇合適的六大管道規(guī)格是非常重要的。

六大大管道的規(guī)格影響管道的初投資，也影響機組運行的經(jīng)濟性。管道的規(guī)格越大，初投資越大，壓降越小，機組運行的經(jīng)濟性越好。因此，要選擇一個合理的管道規(guī)格，使初投資和系統(tǒng)壓降盡量在一個合理的范圍內(nèi)。

（1）主蒸汽壓降的確定

根據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》中的規(guī)定：鍋爐過熱器出口至汽輪機進口的壓降，不宜大于汽輪機額定進汽壓力的5%。 二次再熱機組，主蒸汽壓力比常規(guī)百萬機組高， 根據(jù)國電泰州二期工程實施經(jīng)驗，通過優(yōu)化管徑和管道布置，主汽壓降控制目標值控制在4%以內(nèi)是可以達到的。

以下為泰州二期主蒸汽管道選擇比較（按照選用不同檔位的流速時，管道規(guī)格、投資造價和熱經(jīng)濟性能差異見表1。

由上表可見，由于主汽管道壓降變化對機組熱耗影響較小，但對管道初投資影響較大，適當提高流速可大幅降低機組初投資，且年運行費用增加較少，機組年費用最小，因此推薦本工程主汽管道流速范圍選在45～50 m/s區(qū)間，壓降控制在目標值4%以內(nèi)，最終規(guī)格為ID 318×105。

表1　泰州二期主蒸汽管道選擇比較

（2）一次再熱蒸汽系統(tǒng)壓降的確定

根據(jù)常規(guī)機組工程經(jīng)驗，由于再熱冷段蒸汽管道價格較再熱熱段蒸汽管道低，因此，再熱冷段蒸汽管道宜取較大的管徑，較低的流速，分擔較少的壓降，再熱熱段蒸汽管道相反。

一次再熱系統(tǒng)管道包含冷一次再熱管道、鍋爐一次再熱器、熱一次再熱管道，且不同部分的管道材質(zhì)、蒸汽特性有所不同，一次再熱系統(tǒng)的管道規(guī)格選取應(yīng)綜合冷一次再熱管道和熱一次再熱管道的流速、壓降和投資差異綜合選取。因此合理選擇冷段、再熱器、熱段的壓降分配比例是再熱系統(tǒng)管道規(guī)格優(yōu)化的關(guān)鍵。

根據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》中的規(guī)定，超超臨界機組再熱蒸汽系統(tǒng)總壓降宜在汽輪機額定功率工況下高壓缸排汽壓力的7%～9%，其中冷再熱蒸汽管道、再熱器、熱再熱蒸汽管道的壓力降宜分別為汽輪機額定功率工況下高壓缸排汽壓力的1.3%～1.7%、3.5%～4.5%、2.2%～2.8%，從上述規(guī)定可以得出一個結(jié)論：在整個再熱系統(tǒng)總壓降中，鍋爐再熱器壓降占40%～60%，其余為再熱冷段和再熱熱段蒸汽管道壓降（其中再熱冷段蒸汽管道占35%～40%，再熱熱段蒸汽管道占60%～65%）。

二次再熱機組再熱系統(tǒng)中，一次再熱的超高壓缸排汽壓力一般在10～12 MPa.a之間，其二次再熱的高壓缸排汽壓力一般在3～4 MPa.a之間，而常規(guī)1000 MW機組（一次再熱機組）的高壓缸排汽壓力一般在5～6.5 MPa.a之間，常規(guī)機組再熱蒸汽的比容是二次再熱機組的一次再熱蒸汽（包括冷段和熱段）比容的2～2.5倍，二次再熱機組的二次再熱蒸汽（包括冷段和熱段）比容是常規(guī)機組再熱蒸汽比容的1.3～1.9倍。因此從理論上，常規(guī)機組再熱系統(tǒng)的壓降應(yīng)低于二次再熱機組的一次再熱系統(tǒng)的壓降，同時應(yīng)大于二次再熱機組的二次再熱系統(tǒng)的壓降。

根據(jù)泰州二期工程我們得出一次再熱蒸汽壓力比常規(guī)1000 MW機組高了將近6 MPa，鍋爐廠保證再熱器壓降為0.2～03 MPa（上鍋與哈鍋均為0.22 MPa，東鍋為0.3 MPa），一次再熱系統(tǒng)壓力增加，壓降占比約為超高壓缸排汽壓力的2%～3%（超高壓缸排汽壓力為10～12 MPa），一次再熱器壓降可以控制在3 %以內(nèi)；根據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》及工程經(jīng)驗在整個再熱系統(tǒng)總壓降中，鍋爐再熱器壓降占40%～60%，對于二次再熱機組，一次再熱器壓降可以控制在3 %以內(nèi)，根據(jù)以上占比分配關(guān)系一次再熱管道壓損不應(yīng)超過這個再熱系統(tǒng)壓損的40%～60%，由于一次再熱蒸汽壓力較常規(guī)高，在再熱壓損變化不大的情況下，一次再熱管道壓損占比取上限60%，即一次再熱管道壓降不超過再熱器壓降的1.5倍，根據(jù)國電泰州二期工程實施經(jīng)驗，通過優(yōu)化管徑和管道布置，一次再熱蒸汽壓降控制目標值控制在7%以內(nèi)是可以達到的。

經(jīng)過依托工程泰州二期一次再熱蒸汽系統(tǒng)壓降取不超過汽機額定工況下高壓缸排汽壓力的6.5%，推薦一次再熱蒸汽壓降控制在5%～7%以內(nèi)，見表2。

表2　泰州二期考慮了不同壓降分配關(guān)系下，一次再熱管道系統(tǒng)的投資的差異

由上述分析計算可知，由于一次冷段內(nèi)介質(zhì)比容相對小于一次熱段內(nèi)介質(zhì)，流速變化容積受管徑的變化而改變，相反一次熱段管道需要更大幅度的加大管徑，才能改變流速檔級。重要的是，一次冷段管道材料價格低于一次熱段，加大一次冷段管徑，可減少一次冷段范圍內(nèi)的壓降分配比例，相應(yīng)一次熱段壓降比例加大，一次熱段規(guī)格可減少，一次再熱系統(tǒng)管道的總體造價可大幅降低。

因此，泰州二期取1.4%∶2%∶2.8%比例關(guān)系分配一次再熱系統(tǒng)壓降，相應(yīng)的管道規(guī)格取為：冷一次再熱全容量管ID845×69、半容量管ID578×48、熱一次再熱半容量管道規(guī)格ID527×70、熱一次再熱1/4容量管道規(guī)格ID375×51，如果管徑取下一檔，綜合經(jīng)濟成本反而增加。

（3）二次再熱蒸汽系統(tǒng)壓降的確定

同樣按上一節(jié)的分析，二次再熱系統(tǒng)的壓降分配也應(yīng)遵循冷二次再熱管道壓降比例低、熱二次再熱管道壓降比例高的原則。

根據(jù)泰州二期工程我們得出二次再熱蒸汽壓力比常規(guī)1000 MW機組低了將近2 MPa，即常規(guī)1000 MW機組再熱蒸汽壓力約為二次再熱蒸汽壓力的1.5倍，因此二次再熱器壓損在整個二次再熱系統(tǒng)中的壓損應(yīng)該增加約1.6倍，應(yīng)該為5.6%～7.2%；根據(jù)鍋爐廠保證二次再熱器壓降為0.25 MPa（與常規(guī)一次再熱機組相差不大），約為超高壓缸排汽壓力的6.7%（高壓缸排汽壓力為3.7 MPa），在上述范圍內(nèi)，考慮到不同鍋爐廠二次再熱壓損差異，再熱器壓降可以控制在7%以內(nèi)；二次再熱管道壓損，根據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》及工程經(jīng)驗在整個再熱系統(tǒng)總壓降中，鍋爐再熱器壓降不超過40%～60%，對于二次再熱機組，二次再熱器壓降可以控制在7%以內(nèi)，根據(jù)以上占比分配關(guān)系二次再熱管道壓損不應(yīng)超過這個再熱系統(tǒng)壓損的40%～60%，由于二次再熱蒸汽壓力較高常規(guī)低，在二次再熱壓損變化不大的情況下，二次再熱管道壓損占比取下限40%，即二次再熱管道壓降不超過二次再熱器壓降的0.6倍，根據(jù)國電泰州二期工程實施經(jīng)驗，通過優(yōu)化管徑和管道布置，二次再熱蒸汽壓降控制目標值控制在12%以內(nèi)是可以達到的。

由于二次再熱冷段蒸汽管道價格較二次再熱熱段蒸汽管道低，因此，再熱冷段蒸汽管道宜取較大的管徑，較低的流速，分擔較少的壓降，二次再熱熱段蒸汽管道相反。

經(jīng)過依托工程泰州二期二次再熱蒸汽系統(tǒng)壓降取不超過汽機額定工況下高壓缸排汽壓力的10.2%，考慮到不同鍋爐廠一次再熱壓損差異，推薦一次再熱蒸汽壓降控制在10%～12%以內(nèi)，見表3。

表3　泰州二期考慮了不同壓降分配關(guān)系下，二次再熱管道系統(tǒng)的投資的差異

由上述分析計算可知，由于二次冷段內(nèi)介質(zhì)比容相對小于二次熱段內(nèi)介質(zhì)，流速變化容積受管徑的變化而改變，相反一次熱段管道需要更大幅度的加大管徑，才能改變流速檔級。重要的是，二次冷段管道材料價格低于二次熱段，加大二次冷段管徑，可減少二次冷段范圍內(nèi)的壓降分配比例，相應(yīng)二次熱段壓降比例加大，二次熱段規(guī)格可減少，二次再熱系統(tǒng)管道的總體造價可大幅降低。

因此，泰州二期取2.8%: 2%: 1.6%比例關(guān)系分配二次再熱系統(tǒng)壓降，相應(yīng)的管道規(guī)格取為：冷二次再熱半容量管φ1067×27、熱二次再熱半容量管道規(guī)格ID914×43、熱二次再熱1/4容量管道規(guī)格ID660×29，如果管徑取下一檔，綜合經(jīng)濟成本反而增加。

3　六大管道材料選擇

對于超臨界機組和超超臨界機組四大管道管材的選擇，中國電力顧問集團公司于2008年7月31日至8月1日在北京召開的《超（超）臨界機組四大管道設(shè)計參數(shù)和規(guī)格專題研討會議紀要》中有明確的規(guī)定，二次再熱六大管道材料，原則上按此規(guī)定執(zhí)行。

3.1冷再熱蒸汽管道材料

對于一次冷再熱蒸汽管道，超高壓缸排汽溫度430℃左右，考慮汽輪機超高壓缸排汽跳閘溫度較高，不能用一般的碳鋼材料，而要用低合金鋼。對于二次冷再熱蒸汽管道，高壓缸正常排汽溫度440℃左右，考慮到二次冷再熱蒸汽的溫度接近于450℃，故二次冷再熱蒸汽管道也采用低合金鋼。如A691、P11、P12。A691材質(zhì)的管道為鋼板卷焊型式，外徑偏差較大，而P11、P12可采用內(nèi)徑控制管型式。

一次冷段由于設(shè)計壓力較高（超過《動規(guī)》規(guī)定的10 MPa），根據(jù)國內(nèi)二次再熱機組示范項目泰州二期評審及實施情況， 對管道強度要求高，介質(zhì)比容較小，應(yīng)選用內(nèi)徑控制管A335 P11材料；二次冷段由于設(shè)計壓力低，介質(zhì)比容大，為控制管道內(nèi)介質(zhì)流速，需選用較大的管徑，超出了內(nèi)徑控制管加工制造范圍，因此選用A691 1-1/4Cr CL22材料。

3.2主汽、熱再熱蒸汽管道材質(zhì)

對于泰州二期31 MPa/600/610/610℃，后續(xù)工程均采用工程31 MPa/600/620/620℃，這一壓力和溫度的大容量超超臨界機組的主蒸汽和高溫再熱蒸汽管道的材料，將面臨更高壓力和更高溫度的考驗。二次 再熱機組，主蒸汽溫度為600℃，目前國內(nèi)主汽為600℃的超超臨界機組，主汽管道均采用A335P92材質(zhì)，在應(yīng)用上已較成熟。故主汽管材采用A335P92材料是完全可行的。

再熱蒸汽溫度提升到610℃，甚至620℃，根據(jù)目前世界各國的應(yīng)用經(jīng)驗，適合于這一溫度的高溫材料主要有E911、P122和P92三種。E911和P122價格高，國內(nèi)使用業(yè)績少，而P92是目前國內(nèi)超超臨界機組使用最多、效果最好的再熱熱段管材。目前P92管材的最高使用溫度宜采用649℃（至少可采用630℃）。示范工程再熱汽溫為610℃，P92材料溫度裕度雖然減小，但通過采取對材料采購嚴格要求、控制溫度偏差等措施后，仍能在安全范圍內(nèi)運行。目前國內(nèi)新一代高效1000MW超超臨界機組，再熱汽溫為620℃的工程，再熱熱段管道也均采用A335P92材料，并且已經(jīng)有投運業(yè)績。

綜上，可以選擇A335P92作為一、二次再熱熱段蒸汽管道的材料。但建議在管道材料訂貨時，應(yīng)注意明確以下要求以求保證管材達到最佳使用性能：

（1）要嚴格控制其成分含量偏差，尤其是Cr含量的最低下限。

（2）管材應(yīng)優(yōu)先選用細晶粒材質(zhì)，即晶粒度等級高。

（3）鋼管中δ鐵素體的含量要低，最好不含（如有，其含量最多不得超過1～3%）。

（4）再熱熱段蒸汽管道管材壁厚選取過程中，考慮適當管材壁厚腐蝕裕量。

（5）材料硬度需控制。

3.3高壓給水管道管材

盡管二次再熱機組的蒸汽參數(shù)提高得較多，但根據(jù)目前熱平衡圖，其最高給水溫度不超過330℃，目前國內(nèi)外超（超）臨界高壓給水管道普遍采用EN10216-2標準的15NiCuMoNb5-6-4無縫鋼管依然能滿足該溫度使用要求，故高壓給水選用15NiCuMoNb5-6-4材料。

4　主汽、再熱系統(tǒng)主要優(yōu)化措施

依托工程泰州二期選擇合適的管道材料、管路根數(shù)，優(yōu)化管道規(guī)格和管道布置，壓縮機爐間距，大量采用彎管，減少高溫高壓管道初投資的同時，降低管系阻力損失，提高汽機進口的蒸汽參數(shù)，進而提高機組熱經(jīng)濟性。

（1）對主蒸汽及高溫再熱蒸汽管道用材進行了綜合的經(jīng)濟技術(shù)比較，從機組安全運行的角度出發(fā)，推薦主蒸汽管道、高溫再熱蒸汽管道采用P92管材。

由于主蒸汽管道、高溫再熱蒸汽管道采用雙管制且采用性能優(yōu)良的P92管材，大大減少了對應(yīng)設(shè)計參數(shù)下的管道壁厚，對機爐接口推力、力矩降低，管道自補償要求也相應(yīng)降低，為縮短機爐間距，優(yōu)化主蒸汽管道、高溫再熱蒸汽管道布置，降低管道阻力、提高機組熱經(jīng)濟性提供了有利條件。

（2）一次低溫再熱蒸汽管道從超高壓缸的兩個排汽口引出，在機頭處匯成一根總管，到鍋爐前再分成兩根支管分別接入一次再熱器入口聯(lián)箱。這樣可以減少由于鍋爐兩側(cè)熱偏差和管道布置差異所引起的蒸汽溫度和壓力的偏差，有利于機組的安全運行，一次冷段由于壓力較高，選用ASTM A335 P11。同時，由于二次低溫再熱蒸汽管道從高壓缸的兩個排汽口引出，由于合并后的管道較大，不利于管道布置及設(shè)計，分成兩根支管分別接入二次再熱器入口聯(lián)箱，設(shè)置聯(lián)絡(luò)管，減少由于鍋爐兩側(cè)熱偏差和管道布置差異所引起的蒸汽溫度和壓力的偏差，采用A691 1-1/4 Cr CL22電焊鋼管，價格相對便宜，通過經(jīng)濟技術(shù)比較，采用大管徑、低流速優(yōu)化措施，降低管道阻力，達到提高機組熱經(jīng)濟性、降低運行費用的目的。

（3）通過主廠房內(nèi)的優(yōu)化布置，減少主汽、再熱管道的數(shù)量。壓縮汽機與鍋爐之間的距離；汽機側(cè)主汽、再熱熱段在滿足設(shè)備接口推力和力矩及管系應(yīng)力要求的情況下采用高位布置，均能夠起到減少高溫高壓管道初投資、降低機爐之間壓降，提高機組熱經(jīng)濟性的雙重收益。

（4）根據(jù)主機型式要求，合理選擇旁路功能和容量。選用100%BMCR的高壓旁路，中低旁僅考慮啟動功能。旁路具有調(diào)節(jié)工況、安全保護、回收工質(zhì)的功能。使機爐汽壓汽溫在起動和負荷變化過程中達到最佳的匹配，縮短機組起動時間，大大提高機組運行的靈活性；并且能夠減少啟動時固體顆粒對汽機的沖蝕，提高運行安全性，降低維護和部件的更換費用。

5　結(jié)論

（1）隨著機組參數(shù)等級的不斷提高和燃料價格的不斷上漲，主蒸汽、一、二次再熱蒸汽系統(tǒng)管道的壓降需要根據(jù)工程的具體條件通過技術(shù)經(jīng)濟性對比優(yōu)化。依托工程國電泰州二期從設(shè)備的安全性和運行經(jīng)濟性角度考慮，對主蒸汽、一、二次再熱蒸汽系統(tǒng)管道進行了深入優(yōu)化設(shè)計。

①對主蒸汽、再熱蒸汽系統(tǒng)管道的管道規(guī)格進行了優(yōu)化計算。

②對管件選擇的優(yōu)化，彎管替代熱壓彎頭，采用Y型三通。

③結(jié)合主廠房及鍋爐房的布置對管道布置進行優(yōu)化。

（2）由于二次再熱技術(shù)在我國為首次應(yīng)用，因此國內(nèi)目前還沒有設(shè)計規(guī)范可以直接套用，結(jié)合以上論述，提出了二次再熱機組的機爐參數(shù)之間的壓降和溫降如下：

①鍋爐過熱器出口至汽輪機進口的壓降不大于汽輪機額定進汽壓力的4%。

②一次再熱蒸汽系統(tǒng)總壓降為5%～7%。

③二次再熱蒸汽系統(tǒng)總壓降為10%～12%。

④鍋爐過熱器出口額定溫度比汽輪機額定進汽溫度高5℃。

⑤一、二次再熱器出口額定蒸汽溫度比汽輪機高、中壓缸額定進汽溫度高3℃。

⑥主蒸汽管道、再熱蒸汽、給水系統(tǒng)管道設(shè)計參數(shù)的選取，按照《電廠動力管道設(shè)計規(guī)范》（GB50764-2012）相關(guān)規(guī)定執(zhí)行也是可行的。

⑦主汽、熱再熱、二次再熱冷段管道材料選取按中國電力顧問集團公司于2008年7月31日至8月1日在北京召開的《超（超）臨界機組四大管道設(shè)計參數(shù)和規(guī)格專題研討會議紀要》內(nèi)容中的規(guī)定執(zhí)行；一次再熱冷段壓力較高，推薦選用采用ASTM A335 P11材料。

［1］ GB 50660-2011，大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］ GB50764-2012，電廠動力管道設(shè)計規(guī)范［S］.

Design of the Six Critical Piping in Double Reheat Unit

WANG Ya-jun， ZHU Jia-qi，LI Lin，CHENG Ren-jie
（East China Electric Power Design Institute Co.，Ltd.， Shanghai200063， China）

According to the characteristics of the ultra supercritical double reheat units， this paper determined that the design parameters and materials of the main steam pipe， the reheat steam pipe and the high pressure water pipe. Through technical and economic comparison， pipe pressure drop and specifications for main steam and reheat systems are optimized. Through the comprehensive optimization of the six major system pipelines， the amount of material consumption is greatly reduced and system resistance is proper reduced.

six pipes； double reheat； parameter； material.

TM621

A

1671-9913（2016）04-0026-08

2016-02-17

王亞軍（1974- ），男，安徽舒城人，高級工程師，從事電站熱機專業(yè)的設(shè)計。