主蒸汽管道设计压力取值分析

主蒸汽管道设计压力取值分析

摘要：为了对单元机组超临界和超超临界机组主蒸汽压力设计有更清晰的认识，分析了主蒸汽管道设计压力取值以及国家标准,电力标准与ASMEB31.1的区别,得出了单元机组超临界和超超临界机组主蒸汽压力取值不同主要原因，对于机组的设计具有指导意义。结论是主汽门前设计压力就是最大运行工况下(VWO) 的热平衡上的运行压力，GB50764同时参照ASME和IEC 的规定得出的设计压力偏于保守。

关键词：单元机组；主蒸汽压力；主汽门进口处设计压力；最大持续运行压力；安全系数；国标；ASME

Wen Peng

(Black & Veatch Engineering Co., Ltd., Beijing 100022, China)

Main Steam Pipe Design Pressure Analysis

Abstract:Aiming at unit supercritical and ultra supercritical unit main steam design pressure to have a clearer understanding, analyze the main steam design pressure selection and the difference between GB, DL code and ASMEB31.1. Educe the main reason that the main steam design pressure is different for ultra-supercritical and supercritical. Concluded the design throttle pressure is the max operating pressure (VWO case), so GB is conservative for the design throttle pressure to comply with IEC code and ASME.

Key words:unit; main steam pressure; design pressure at the throttle inlet; maximum sustained operating pressure; safety factor; GB; ASME

0 引言

主蒸汽压力取值是电厂设计的关键，由于各个国际以及各个标准的不统一，造成了国内工程师对于主蒸汽压力取值的不同认识，以至于各个设计院在设计压力的取值上经常出现不一致的情况，本文分析了主蒸汽管道设计压力取值以及国家标准,电力标准与ASMEB31.1的区别,得出了单元机组超临界和超超临界机组主蒸汽压力取值不同主要原因。

1国家标准与国外标准对比

1.1 主汽门进口处设计压力

关于主蒸汽压力取值，文献[1~4]等标准都有比较详细的论述。

文献[1]的设计压力规定如下：1，超临界及以下机组，主蒸汽管道设计压力应取用锅炉最大连续蒸发量时过热器出口的额定压力；2，超超临界参数机组，主蒸汽管道压力应取用下列两项的较大值，a)汽轮机主汽门进口处设计压力的105%；b)汽轮机主汽门进口处设计压力加主蒸汽管道压降。

文献[4]中规定：对于单元机组上装设能控制集箱蒸汽压力的自控燃烧设备的锅炉，蒸汽管道的设计压力应至少等于主汽门进口处的设计压力的105%，或不小于任何锅筒安全阀整定压力值下限值的85%，不小于管道系统任何部位预期的最大持续运行压力，取以上三者中的最大值。而所采用的材料的许用应力值不应大于过热器出口预期的蒸汽温度下的许用值。对于没有固定汽水分界线的强制流动蒸汽发生器，设计压力也不应小于预期的最大持续运行压力。

在文献[1,4]的规定中，都提到了“主汽门进口处设计压力”，但是两个标准关于这个设计压力的理解是不同的, 文献[4]对于单元机组设计要求是一致的，而文献[1]关于超超临界机组是在文献[4]设计压力的基础上又增加了5%的裕量。

文献[1～3]实际上是脱胎于文献[4]。文献[1]主蒸汽管道设计压力取值同时又结合了文献[5]的设计要求，文献[1]条文说明指出按照文献[5] “汽轮机主汽门进口处的设计压力等于汽轮机主汽门前额定进汽压力的

105％”。

文献[5]指出为了维持平均压力，主汽门进口压力不能超过5%的额定压力，这就是文献[1]条文说明中增加5%设计压力的理论依据。按照文献[5] 汽轮机允许有5%的超压运行工况，而超压5%工况仅偶尔适用于电网高尖峰负荷时期[6]。但是自1997年以后，国内取消了引进机组5%超压运行工况，引进型锅炉的BMCR设计压力由5%超压改为额定压力[7] 。所以此处国标引用文献[5] 是不准确的。没有5%超压运行工况，主蒸汽压力当然不必在额定压力下增加5%。

1.2最大持续运行压力

文献[4]里面还有一个概念“最大持续运行压力”，管道内部设计压力不能低于最大持续运行压力。最大持续运行压力在ASME中没有明确的说明，也造成了国内工程师对于这个理解的偏差。

根据国内火力发电厂运行经验，锅炉最大连续蒸发量BMCR工况下的工作压力可以作为最大持续运行压力。由于目前大锅炉都具有压力调节的自动燃烧控制系统，国内运行也表明，超压运行工况针对不同的压力工况不可能保持1h和8h，可以认为BMCR工况下的锅炉出口运行压力就是单元机组持续运行最大压力。

文献[4]指出：锅炉过热器出口至汽轮机进口的压降，宜为汽轮机额定进汽压力的5％。实际项目中单元机组“主汽门进口处设计压力”(按1.1的解释为VWO工况主汽门进口处运行压力)的105%和最大持续运行压力往往也是一致的。见下表1，BMCR锅炉出口运行压力与VWO工况主汽门压力比值除了上海外高桥第三电厂1.037外均为1.05，所以一般情况下“主汽门进口处设计压力”×105%=“最大持续运行压力”。

也可从反面来论证，假设文献[4]中的主汽门进口处设计压力为文献[1]的主汽门进口设计压力,数值均为文献[1]中的“VWO工况主汽门前压力×1.05”，则主汽门前设计压力的1.05倍应该为“VWO工况主汽门前压力×1.05×1.05”必然大于最大持续运行压力(BMCR工况过热器的出口压力)，则单元机组按照文献[4]中的第122.12(A.4)条无法选取三者中的最大值。

表1 国内机组(1000MW)参数

项目VWO工况主汽

门压力MPa BMCR锅炉出口

运行压力MPa

BMCR/

VWO

主蒸汽压力

取值MPa

设计院

华能玉环电厂26.25 27.56 1.05 27.60 华东电力设计院上海外高桥第三发电厂27.00 28.00 1.037 28.35 华东电力设计院浙江国华宁海电厂二期26.25 27.56 1.05 28.938 西南电力设计院天津北疆电厂26.25 27.56 1.05 28.938 华北电力设计院1.3许用应力

关于许用应力，文献[9]强制性附录1和文献[2]的相关规定的区别是文献[2]对于抗拉强度对应的安全系数上采用3，而文献[9]采用3.5，其他两项屈服强度和持续强度的定义几乎是一致的。对于四大管道材料的许用应力选取，文献[1]的选取是不一致的，典型体现在X10CrWMOVNb9-2(A335P92)和15NiCuMoNb-5-6-4.

国内一般选择A335P92 (A335P92和X10CrWMoVNb9-2是同一材料的ASME和EN不同标准的写法)作为超超临界机组的主蒸汽管道材料。P91许用应力国内是完全照搬的文献[4]，而P92采用的数值是根据文献[12]标准中X10CrWMoVNb9-2 规定的强度数值(该强度值为欧洲蠕变委员会(ECCC)2005 年9月公布了经过评估的P92材料100000小时的持久强度数据)及文献[2]中的安全系数确定。该材料已经收录在文献[4]和文献[10],ASME 中的P92材料与文献[1]中的许用应力对比见下表2,A335P92的许用应力是文献[4]中的Case 183的数据，下一行材料X10CrWMoVNb9-2的许用应力是文献[1]里面的数据，同样的材料应用不同的标准，许用应力区别很大，尤其是在低温阶段，但A335P92一般都是应用在超超临界机组，也就是至少593℃以上的机组中，大约以575℃为界限，575以上的时候，国标比文献[10]推荐用的许用应力要小。

综上所述，超超临界机组主蒸汽设计压力，文献[1]比文献[4]至少提高了5%的设计裕量，再加上许用应力比文献[10]更小，则使超超临界机组在设计压力和许用应力两方面国标都比ASME偏于保守。而文献[4]本身就是一个很保守的标准。这样只会使国内设计院在设计超超临界机组中增加更多昂贵的A335P92材料，使业主承担更多的投资。