孫豪杰

火力發(fā)電廠主給水管道優(yōu)化設(shè)計

孫豪杰

孫豪杰

中國電力工程顧問集團(tuán)華北電力設(shè)計院工程有限公司

孫豪杰（1982）男，工程師，主要研究方向為火力發(fā)電廠運(yùn)行分析與設(shè)計優(yōu)化。

主給水管道是火力發(fā)電廠熱力系統(tǒng)中的重要組成部分。主給水管道的布置方式與材料選擇的安全性不僅直接影響鍋爐的安全運(yùn)行，對整個熱力發(fā)電系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)都至關(guān)重要。管道布置方式及材料的機(jī)械特性、高溫特性也會直接影響電廠機(jī)組投資的經(jīng)濟(jì)性及運(yùn)行的可靠性。本文將以常規(guī)2×300MW等級機(jī)組為例，通過對主給水管道的布置與材料選擇進(jìn)行分析，最終采用性價比較好的材料及布置方式，使電廠投資更經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行生產(chǎn)更穩(wěn)定。

概述

火力發(fā)電廠項目投資大，建設(shè)周期長，如何降低投資、縮短建設(shè)周期、提高機(jī)組安全運(yùn)行穩(wěn)定性是各集團(tuán)公司關(guān)注的問題?；鹆Πl(fā)電廠中主給水管道是指鍋爐給水泵出口至鍋爐省煤器進(jìn)口的給水管道。通過對主給水管道材料選擇及布置形式進(jìn)行分析和研究，可以降低工程造價、縮短建設(shè)周期和提高機(jī)組安全運(yùn)行穩(wěn)定性，具有重要的研究意義和實際意義。

目前火力發(fā)電廠中主給水管道主要選用鋼材WB36和DIN17175 st45.8/III，這兩種管材在國內(nèi)已投運(yùn)的火力發(fā)電廠中都有運(yùn)行業(yè)績且運(yùn)行良好。通過對不同管材的物理、化學(xué)性能進(jìn)行分析，與實際工程需求相結(jié)合，優(yōu)化主給水管道的選材和管道布置方式是需要解決的問題。

本文對火力發(fā)電廠鍋爐主給水管道的常用材料進(jìn)行分析，通過材料對布置形式的影響進(jìn)行研究和探討。以300MW等級機(jī)組為例，對主給水管道的選材和布置進(jìn)行優(yōu)化。

管道材料選擇

管道常用材料

（1） 鋼材WB36

WB36是屬于Cu-Ni-Mo-Nb系低合金高強(qiáng)鋼，在DIN標(biāo)準(zhǔn)中稱為15NiCuMoNb5，在德國曼內(nèi)斯曼鋼管公司標(biāo)準(zhǔn)中它被稱為WB36，在Thyseen Rohrenwerke標(biāo)準(zhǔn)中計為WSB62R，在德國對鋼材的分類標(biāo)準(zhǔn)（DIN EN288）中，屬于W03組，是熱軋細(xì)品結(jié)構(gòu)鋼類。該鋼在國外主要用于大容量機(jī)組的給水管道。進(jìn)入九十年代以后，隨著歐洲機(jī)組的陸續(xù)引進(jìn)，WB36開始進(jìn)入我國。

表1 鋼材WB36和DIN17175 st45.8/III性能對比表

（2） 鋼材DIN17175 st45.8/III

原電力部有關(guān)部門于1994年召開的“九·五”期間火電站管道管件規(guī)格化會議，提出了“九·五”期間火電站主要汽水管道規(guī)格，300MW機(jī)組主給水管道推薦采用DIN17175 st45.8/III管材。此后國內(nèi)300MW機(jī)組工程大多照此選用，有關(guān)廠家也按DIN17175 st45.8/III鋼材管道規(guī)格研制開發(fā)了配套管件。

材料的性能比較

兩種常用鋼材具有不同的化學(xué)性能和物理性能，將其具體數(shù)據(jù)列于表1。

從表1中可以看出，WB36鋼的P、S含量較低，并含有Ni、Nb、Mo、Cu等多種合金元素，使得其組織性能發(fā)生變化，許用應(yīng)力明顯提高，線脹系數(shù)略有降低。較高的許用應(yīng)力能夠降低管道設(shè)計壁厚，也能夠降低相應(yīng)管件的設(shè)計壁厚，這使得管道總重量降低。管道重量降低的直接結(jié)果是有效改善了管系支吊架的應(yīng)力水平。較小的線膨脹系數(shù)能夠有效降低管系熱應(yīng)力。由此可見，WB36鋼材具有更好的物理、化學(xué)性能。

管材對管道布置的影響

以常規(guī)2×300MW機(jī)組主給水管道為例，選用鋼材WB36和DIN17175 st45.8/III會對管道的設(shè)計和安裝產(chǎn)生不同影響，主要有以下幾點。

（1）布置方面

主給水管道的配套設(shè)備較多，若管道采用WB36鋼材，管道的管壁將減薄，重量降低，管道外徑減小，更適合管道布置空間有限、需要緊湊布置的情況。

（2）材料量方面

若主給水管道選用WB36鋼材，主給水管規(guī)格為（φ355.6×25），支管規(guī)格為（φ244.5×20）。若主給水管道選用DIN17175 st45.8/III鋼材，主給水主管規(guī)格為（φ406.4×55），支管規(guī)格為（φ298.5×40）。相同布置方式下兩種管材的用量存在差異，將其列于表2。

表2 相同布置方式下兩種材料用量對比

從表2中可以看出，主給水主管管材采用鋼材WB36比采用鋼材DIN17175 st45.8/III噸位減少112噸，支管管材噸位減少12.24噸。根據(jù)市場價格，采用WB36鋼材后的主給水管道主管可節(jié)省約68萬元，支管可節(jié)省約8.9萬元，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）管道的保溫材料方面

在相同布置形式下，管材WB36比DIN17175 st45.8/III外徑小，如表2所示。若要求保溫材料厚度相同，采用管材WB36可節(jié)省保溫材料。

（4）管道的支吊架方面

在相同應(yīng)力水平下，主給水管道采用管材WB36的管徑小，壁厚薄，能夠有效降低整個管道系統(tǒng)的重量，從而可以改善管道的支承結(jié)構(gòu)。支吊架的荷重將有所降低，支吊架彈簧、恒吊規(guī)格也將減小，連接件、根部用料也可減少，從而節(jié)省了支吊架的材料和費(fèi)用，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

（5）對設(shè)備的推力和推力矩方面

在常規(guī)300MW機(jī)組的設(shè)計中，主給水管道的廠家對推力和推力矩的要求較高，特別是給水泵接口，常規(guī)管材很難滿足這一要求。

采用WB36管材會使管道外徑減小、管道壁厚減薄，并使其柔韌性提高，管系對鍋爐省煤器接口、高加和給水泵的推力和力矩均有較大幅度的降低，能夠滿足主給水管道廠家的設(shè)計要求。

（6）WB36管材管件配置情況

隨著WB36管材在國內(nèi)電站工程中的應(yīng)用越來越多，部分管件廠家已經(jīng)具備了生產(chǎn)WB36鋼管件的能力。WB36鋼管件的國產(chǎn)化為其在國內(nèi)工程中的使用提供了基礎(chǔ)。

（7）其它方面的影響

1） 采用WB36管材除了能夠節(jié)省支吊架材料外，支吊架結(jié)構(gòu)荷載也將大幅度減小，鍋爐鋼架的設(shè)計也將簡化，能夠節(jié)省爐鋼梁的材料用量，降低支吊架生根處土建混凝土梁的設(shè)計荷載，有助于降低建設(shè)成本。

2） 采用WB36鋼材使管道的重量減少并簡化支吊架布置，能夠減少管道安裝工程量，降低安裝費(fèi)用。

（8）存在的問題

1） 采用WB36管材能夠降低主給水管道壁厚，這也使管道的剛性下降，管道支吊架的最大理論間距縮短，將增加總的支吊架數(shù)量。

2） 上述材料價格的比較僅考慮進(jìn)口管材和支吊架材料部分，未考慮由DIN17175 st45.8/III鋼材改用WB36鋼材后的管件價格增加。

結(jié)語

主給水管道的經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行的穩(wěn)定性是電廠投資和生產(chǎn)的重要標(biāo)準(zhǔn)，因此它的優(yōu)化一直是各單位非常重視的工作，通過上述材料的比較和對布置形式的影響，最終主給水管材將推薦選用WB36。隨著材料和技術(shù)的不斷發(fā)展，主給水的布置和材料選擇也將會越來越優(yōu)化，這也是我們一直不斷探索的領(lǐng)域。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.048