超超臨界機組儀表導(dǎo)管及儀表閥門的配置設(shè)計特點分析

王偉 霍明鑫 王浩華

摘 要：隨著現(xiàn)代化科技以及信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，超超臨界機組得到了越來越多的重視，特別是那些百萬級超超臨界機組，由于儀表導(dǎo)管以及儀表閥門是其中最為重要的組成部分，這也對儀表導(dǎo)管與儀表閥門的配置工作提出了更高的要求。因此，文章首先對超超臨界機組的基本概述加以明確;在此基礎(chǔ)上，提出超超臨界機組中儀表導(dǎo)管以及儀表閥門的配置工作，以求能夠穩(wěn)步提升超超臨界機組的工作效率以及工作質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：超超臨界機組;儀表導(dǎo)管;儀表閥門;配置設(shè)計

0 引言

超超臨界機組作為一種全新的技術(shù)，其在工作過程中會產(chǎn)生十分巨大的壓力以及溫度，如果不能保證其內(nèi)部儀表導(dǎo)管以及儀表閥門的穩(wěn)定程度，甚至還會造成極其嚴重的安全問題。因此，在儀表閥門以及儀表導(dǎo)管的配置方面，必須要采取穩(wěn)定的材質(zhì)，保證超超臨界機組能夠安全運行。

1 超超臨界機組的基本概述

在超超臨界機組之中，儀表導(dǎo)管與儀表閥門是其中最為關(guān)鍵的組成部分，其差壓法測量液位、汽水成分分析以及節(jié)流法流量測量等方面，都需要在儀表閥門以及儀表導(dǎo)管的基礎(chǔ)上加以實現(xiàn)。而在測量工作中涉及到的導(dǎo)管、閥門以及取源部件等，基本上都要與溫度以及壓力較高的介質(zhì)展開直接接觸，這就需要對壁厚、結(jié)構(gòu)形式以及材料等方面展開更加深入的分析以及研究，使其能夠更好地滿足在壓力以及溫度方面的主要需求，保證超超臨界機組能夠安全、穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。

1.1 百萬級超超臨界機組的參數(shù)標準

由于我國在百萬級超超臨界機組方面的研究發(fā)展才剛剛起步，這也導(dǎo)致相應(yīng)的參數(shù)系列在國家層面并沒有一個穩(wěn)定的標準，三大動力廠都是將各自從國外引入的技術(shù)機組作為標準所在，從而更好地滿足不同用戶在參數(shù)要求這方面存在的差異[1]。

1.2 百萬級超超臨界機組的機爐以及工藝管道

目前我國百萬級超超臨界機組內(nèi)部的主汽管以及各類汽機部件，通常采用的都是質(zhì)量更高的全新材料，例如奧氏體鋼等，這類新型鋼材的使用溫度甚至能達到650℃。而在耐高溫鋼材的選擇方面，通常情況下采用的都是含銘的合金鋼材，其內(nèi)部的銘含量越高，合金鋼材的整體強度以及耐高溫性能就會逐漸提升。同時，材料自身的性能方面還與很多客觀因素有著至關(guān)重要的關(guān)系，在有些時候，還會出現(xiàn)銘含量較高的鋼材料反而使用溫度以及使用范圍更低的情況。

2 超超臨界機組中儀表導(dǎo)管以及儀表閥門的配置

2.1 超超臨界機組中儀表導(dǎo)管的設(shè)計

2.1.1 一次門前取壓短管以及導(dǎo)管材質(zhì)

當前采用的導(dǎo)管材質(zhì)，使用溫度通常情況下不應(yīng)超過550℃左右，這就導(dǎo)致超超臨界在600℃以下并不適用。而國內(nèi)當前應(yīng)用較為廣泛的不銹鋼材料以及奧氏體不銹鋼，其都能夠滿足600℃的基本需求，但是，由于異型鋼中存在的焊接問題，使得百萬級超超臨界機組中大多不會采用這種材質(zhì)。因此，必須要遵循與主管道同材質(zhì)的原則，這樣無論是在焊接角度還是材料耐溫性的角度上來看，都十分合理。在對超超臨界機組中儀表導(dǎo)管的分析中可以看出，其內(nèi)部的主汽管、熱再熱器官以及出口集箱等高溫部件，通常都會采用進口的耐高溫合金鋼作為主要涉及材質(zhì)，這種新型合金鋼材主要有P92、P122、P91這幾種型號，而這其中質(zhì)量以及檔次最高的就是P122合金鋼，其在本質(zhì)上屬于一種全新的12Cr鋼材。因此，在一次門前導(dǎo)管以及取壓短管中，如果需要采用與主管道統(tǒng)一材質(zhì)的鋼材，就可以使用P122新型合金鋼材，其不僅能夠滿足600℃的超超臨界參數(shù)，還能夠達到不同場合之中的取源需求。

2.1.2 一次門前取壓短管以及導(dǎo)管的規(guī)格

一次門前取壓短管以及導(dǎo)管的材質(zhì)方面，主要是在耐溫能力的角度上進行選擇的，而在導(dǎo)管規(guī)格方面，就要站在耐壓力的角度上加以考慮。同一種材料在處于相同溫度的環(huán)境下，如果其內(nèi)部的內(nèi)徑相同，其壁厚越大，整體最大承受壓力就越高;而壁厚相同的情況下，內(nèi)徑越小，最大允許壓力就會越大。而導(dǎo)管的內(nèi)徑，其主要是由運行中的實際經(jīng)驗所決定的，內(nèi)徑小，在耗材方面就會相應(yīng)減少，但測量延遲卻會提升，并且很容易產(chǎn)生堵塞的狀況，而內(nèi)徑較大則正好相反。充分結(jié)合這一主要特點，能夠得出內(nèi)徑保持在10mm左右作為適宜，就算是超超臨界機組，在沒有特殊要求的情況下，也不能擅自改變內(nèi)徑。而在一次門前取壓短管以及導(dǎo)管的材料和內(nèi)徑選擇方面，要重點關(guān)注其壁厚是否能滿足高壓力以及高溫度的要求，在壓力、內(nèi)徑以及溫度相同的情況下，不同材質(zhì)之間需要的壁厚程度同樣存在差異，產(chǎn)生這一現(xiàn)狀的主要原因就在于材料間的承壓能力以及材料性質(zhì)存在不同。根據(jù)近年來的發(fā)展經(jīng)驗來看，一次門前取壓短管以及導(dǎo)管應(yīng)當采用小口徑管材，如果在蒸汽壓力不夠高的情況下，也可以采取P93管材。然而，由于考慮到采購工作的各個細節(jié)，再加上規(guī)格統(tǒng)一原則的影響，通常都會采用P92鋼小口徑管材。

2.1.3 一次門后導(dǎo)管

由于一次門后中的介質(zhì)，已經(jīng)得到了充分冷卻，或者一次門后導(dǎo)管已經(jīng)被各種低溫介質(zhì)充滿，導(dǎo)致一次門后導(dǎo)管的材質(zhì)方面，根本無需關(guān)注介質(zhì)自身的溫度。在原則上來看，鋼20同樣能夠作為超超臨界參數(shù)中一次門后導(dǎo)管的使用材質(zhì)。但由于一次門后中的介質(zhì)溫度很難得到穩(wěn)定控制，甚至有時會超過鋼20的最大承受溫度，因此，為了保障一次門后導(dǎo)管的安全性以及穩(wěn)定性，就可以選擇316H的不銹鋼管。

2.2 超超臨界機組儀表閥門的設(shè)計

2.2.1 一次門的配置

通常情況下，一次門都會采用串聯(lián)門的方式，但卻并沒有相應(yīng)的國際標準引導(dǎo)，一般都是靠上游部位的一次門處于打開狀態(tài)，如果出現(xiàn)緊急情況時才會關(guān)閉，而下游部位的一次門則主要用于操作方面，其主要目的就在于能夠保證一個一次門能夠處于關(guān)閉狀態(tài)，從而提升超超臨界機組儀表閥門的穩(wěn)定性以及安全性，這就需要在熱再熱系統(tǒng)、給水系統(tǒng)以及主蒸汽系統(tǒng)中采用串聯(lián)門方式來設(shè)置一次門。在國內(nèi)超超臨界機組儀表閥門的選擇中，形成了截然不同的兩種意見，分別是工藝閥門以及普通儀表閥門，在經(jīng)過嚴格的對壁厚，發(fā)現(xiàn)工藝閥門相對于普通儀表閥門有著以下幾點主要優(yōu)勢：一是其設(shè)計結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜，其在閥蓋方面通常都是組合式或是多片式結(jié)構(gòu)，使得密封部分在溫度不斷變化的情況下，能夠擁有著一定的調(diào)節(jié)能力;而是工藝閥門的通經(jīng)相對較為廣闊，通常都在10mm以上;三是工藝閥門的閥桿長度較長，并且其手輪部位距離主閥體有著較遠距離，便于展開操作;四是工藝閥門的填料使用多，并且有著良好的密封性，與高壓閥門進行對比，其在閥體以及閥蓋之間，一般都會采用密封焊的形勢[2]。

2.2.2 一次門的材質(zhì)要求

由于所用的不銹鋼材料，一旦在溫度超過600℃時，其就會出現(xiàn)硼化等不良現(xiàn)象。由此可見，閥體自身的材料對于整體儀表閥門的安全運行有著十分重要的影響，這一點在大部分廠商所提供的穩(wěn)壓曲線以及參數(shù)表格中，都已經(jīng)得到了明顯標注，如果溫度超過600℃，不銹鋼材料內(nèi)部的壓力就會迅速下降，直至完全歸零。因此，在一次門的材料選型上，必須要選擇那些與工藝流程管道所用材質(zhì)大致相同的閥體材料，這類材料不僅擁有著良好的耐溫性能，同時也具有著優(yōu)異的焊接性，如果在主蒸汽管道中選擇的是F92材料，就應(yīng)當在一次閥門中選擇同樣的F92材料。

2.2.3 排污門的配置

儀表閥門中排污門的設(shè)置，應(yīng)當與一次門的配置基本一致，采取串聯(lián)的方式。由于在排污過程中會產(chǎn)生較大的差壓，使得排污門很容易受到各類介質(zhì)的沖刷，導(dǎo)致其出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，所以，為了保證排污門能夠完全閉合，不泄露其中的污染物質(zhì)，就應(yīng)當設(shè)置起相應(yīng)的串聯(lián)門。上有部位的排污門應(yīng)當處于一種經(jīng)常開啟的狀態(tài)，只有在必要時才會將其關(guān)閉，確保其不會被沖刷。而下游部位的排污門則是以供操作使用，一般采取先關(guān)后開的模式。

3 結(jié)論

百萬級的超超臨界機組，屬于一種全新技術(shù)，其在工作中涉及到了極高的壓力以及溫度。因此，必須要注重器儀表閥門以及儀表導(dǎo)管的設(shè)置工作，保證超超臨界機組能夠安全、穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。

參考文獻：

[1]華偉，趙洪生.基于ASME標準的超超臨界機組儀表導(dǎo)管設(shè)計研究[J].電力勘測設(shè)計，2018（02）：49-53.

[2]王愛明，米大利，劉樹洲.某超超臨界機組熱控儀表導(dǎo)管及閥門的設(shè)計探討[J].儀器儀表用戶，2017，24（05）：26-28.