04火电机组四大管道国产化-上成套

4.1.3、室温力学性能
国产和住友P91钢管的室温拉伸性能均符合ASME SA-335M 的要求。 国产钢管的塑性比住友钢管略好一些。 从屈服强度试验结果来看，B厂较高，D厂略低，其它三家和 住友处于同一水平； 而从抗拉强度试验结果来看，除 B厂较高外，其它厂家和住 友处于同一水平 室温拉伸强度的差别可能与它们的生产工艺不同有关。
国产钢管10万小时的持久强度外推值符合GB 5310的要求，且和住友钢管的 高温持久强度基本相当。 由于缺乏更长试验时间的数据点，外推数据的可靠性有待进一步提高。
4.2、国产P92钢管的性能
4.2.1、化学成分
表4：P92钢管的化学成分
国产 P92 钢管的化学成分均符合 ASME SA-335M 的要求，且 与住友P92钢管的化学成分差别不大 。
北方重工用垂直挤压工艺生产的 P91钢管已向华能平凉、营口、 济宁、白杨河等电厂供货；P92钢管已向南通电厂供货。
3.2、周期式轧制（皮尔格轧机）
周期轧管机组（皮尔格轧机）这种机型较老，但生产的产品 规格（ Ф406-750mm ）为市场需求量较大的部分，特别是火电 机组主要使用的≤Ф711mm的厚壁管。目前仍然是生产四大管道 的主力机型。
图3：国产和住友P92钢管的高温短时抗拉强度
国产钢管的高温短时抗拉强度均符合 GB 5310的要求，且略 高于住友钢管的水平。
4.2.6、高温持久强度
1000
试验应力/MPa
国产钢管 住友钢管 标准要求
100
10 10 100 1000 断裂时间/h 10000 100000
高压给水管道
2.1、超超临界主蒸汽管道用材的选择
主蒸汽管道用材的要求 ：
一定的高温强度（使用温度下，10万小时的高温持久强度达到 90-100MPa）。
良好的抗蒸汽腐蚀性能
材料的热膨胀系数比较小且导热率较大，以降低管道的热应力 水平。
2.1、超超临界主蒸汽管道用材的选择
主蒸汽管道候选材料 ： P91 P122 E911
15NiCuMoNb5-6-4就是过去常说的 WB36，WB36是德国瓦卢 瑞克-曼内斯曼钢管公司的企业牌号。
3、四大管道的国产化现状和制造工艺
随着我国装备制造业水平的提高，制造企业研发能力也大幅提 升，装备水平明显改善，质量管理体系逐步完备，综合素质显 著增强，已有多家企业具备承担超超临界火电机组四大管道国 产化任务的能力。国产四大管道的性能能够满足相关技术标准 要求，并已在国内多家电厂投入使用。
4.1.4、室温硬度
表3：P91钢管的硬度试验结果
名称 HBW 2.5/187.5 A 205 B 235 C 215 D 200 E 205 住友 209 ASME SA-335M P91 ≤250
国产P91钢管的硬度值均符合 ASME SA-335M 的要求。除 B 厂的硬度略高外，其它厂家和住友钢管处于同一水平。
E911高温强度比P92和P122低，在经济性上没有优势。
2.1、超超临界机组主蒸汽管道用材的选择
P92高温持久强度高，焊接和其它热加工工艺与P91接近，抗 蒸汽氧化能力也能满足要求，且经济上最优。综合技术和经济 因素考虑，超超临界主蒸汽管道材料推荐优先采用P92钢。
国内超超临界机组如华能玉环电厂和营口电厂二期等基本上 都选择P92钢作为主蒸汽管道材料。
4.2.4、室温硬度
表6：P92钢管的硬度试验结果
名称 A W D 住友 ASME SA-335M P92 ≤250
HBW
2.5/187.5
210
212
222
209
国产P92钢管的硬度值均符合 ASME SA-335M的要求。除D 厂的硬度略高外，其它厂家和住友钢管处于同一水平。
4.2.5、高温短时拉伸性能
不足：材料利用率低，制造成本高。
国内采用这种工艺生产厚壁无缝钢管的企业均为原来从事大中 口径火炮生产的单位。如中原特钢股份有限公司、齐齐哈尔北 方机器有限责任公司，早期北方重工业采用这种工艺生产P91、 P92钢管。
4、国产四大管道材料的性能水平
4.1、国产P91钢管的性能 4.1.1、化学成分
表1：P91钢管的化学成分
国产P91钢管的化学成分均符合 ASME SA-335M的要求，且 与住友P91钢管的化学成分差别不大 。
4.1.2、非金属夹杂物、显微组织和晶粒度
国产钢管的显微组织为回火马氏体组织，晶粒度处在7.5-9.5 级之间，一些产品不仅可以达到日本住友8.5-9级的水平，甚至 可以更细。晶粒越细，有利于提高材料的抗蒸汽氧化性能。
4.2.3、室温力学性能
表5：P92钢管的室温拉伸性能
名称 A W D 住友 Rp0.2/MPa 540 565 531 545 Rm/MPa 695 715 678 705 A/％ 22.5 24.0 22.8 23.5
ASME SA-335M P92
≥440
≥620
≥14％
国产P92钢管的室温拉伸性能均符合ASME SA-335M的要求， 且和住友钢管处于同一水平。
3.3、冲孔拉伸（大顶管机组）
大顶管轧管机产品规格范围宽，是生产直径大于750mm、壁 厚为80-270mm无缝钢管的主要机型。 工艺优点：生产工艺类似挤压成型，变形应力状态和内部组织 实密性较好，质量类似锻造；适合生产小批量、多品种、附加 值较高的产品。
不足：生产效率不高，成材率低，需多火加热，能耗高。
2.2、超超临界机组再热蒸汽管道热段用材的选择
主蒸汽管道选材要求基本相同
高温再热蒸汽管道材料选择 P91、 P92、P122、E911钢均能 满足要求。
同样考虑P122的焊接技术难点和 E911的价格问题，国内超超 临界机组基本上只在P92和P91两种材料中选择
2.2、超超临界机组再热蒸汽管道热段用材的选择
高温再热蒸汽的温度较高，但压力较低，采用P91管道壁厚适 中，不会出现高强度材料薄壁管道的焊接问题，在技术上也是 可行的，且经济性也较好。因此建议目前超超临界高温再热蒸 汽管道材料除考虑P92以外，可考虑保留P91材料作为一个选择。 国内设计温度为 610 ℃等级的高温再热蒸汽管道选用 P91 和 P92的都有。如玉环电厂选择选择了P91作为高温再热蒸汽管道 材料，而北疆电厂则选择了P92。
P92
2.1、超超临界机组主蒸汽管道用材的选择
P91材料的使用温度已达到极限。由于在610℃的许用应力低，计 算壁厚达到104mm，管道较厚，导致热应力较大，且在现场单道焊 口焊接施工时间长，焊接成本高，同时其经济性也略逊于P92，因 此不建议采用P91作为超超临界主蒸汽管道材料。
P122抗蒸汽氧化能力较强，但材料的焊接性能不好，且成分中含 有1%的Cu会促使Laves相的析出和长大，长期组织稳定性最差；
不足：生产设备复杂，厂房较高，投资比较大 。
3.1、垂直热挤压
近年来，北方重工、河北宏润重工、青海康泰相继建成了 3.6 万吨、 5 万吨、 6.8 万吨热挤压机，实现了大口径厚壁钢管制造 工艺的跨越发展和黑色金属挤压技术的重大突破，并且都超越 了原来世界上最大的美国威曼-高登公司的3.15万吨热挤压机。
4.2.2、非金属夹杂物、显微组织和晶粒度
国产钢管的显微组织为回火马氏体组织，晶粒度处在6-8级之 间，一些产品不仅可以达到日本住友7级的水平，甚至可以更细。 晶粒越细，有利于提高材料的抗蒸汽氧化性能。
国产 P92 钢管的非金属夹杂物级别和晶粒度均符合 GB 53102008《高压锅炉用无缝钢管》的要求。
武汉重工铸锻有限责任公司有1套大顶管机组，生产规格Ф4061016mm×25-120mm，生产能力2万吨。
3.4、锻造镗孔
锻造镗孔工艺是将无缝钢管的锻造坯料钻镗孔后，机械加 工为无缝钢管，适合生产直径与壁厚都比较大的无缝钢管。 工艺优点：实心坯料的中心区域被机械加工去除，钢管的成分 偏析、夹杂物级别、内外表面性能差等都比较小。
国产 P91 钢管的非金属夹杂物级别和晶粒度均符合 GB 53102008《高压锅炉用无缝钢管》的要求。
4.1.3、室温力学性能
表2：P91钢管的室温拉伸性能
名称 A B C D E 住友 ASME SA-335M P91 Rp0.2/MPa 530 583 526 491 522 503 ≥415 Rm/MPa 680 730 673 668 680 667 ≥585 A/％ 24.0 22.5 24.5 26.0 25.0 24.0 ≥13％
2.4、超超临界机组高压给水管道用材的选择
由于受到烟气露点的限制，空气预热器出口的排烟温度很难做 到低于 120℃，因此超超临界机组给水温度仍将维持在 300℃左 右。此外超超临界高压给水管道压力只是略高于超临界机组， 目 前 国 内 外 高 压 给 水 管 道 普 遍 采 用 的 EN10216-2 标 准 的 15NiCuMoNb5-6-4 无缝钢管仍然适用超超临界机组，不涉及到 新材料的应用。
工艺优点：以周期锻轧的方式生产钢管，具有锻轧的特性，轧 管机最大延伸系数为8，这种变形工艺方式可以确保钢管内在质 量，壁厚范围大，产品种类多，生产规模也较大。
不足：生产时变形为间断式，钢管表面质量和尺寸精度不高。
攀成钢、四川三州、衡阳华菱钢管分别拥有一条 Ф508mm 、 Ф630mm、Ф720mm皮尔格周期轧管机组。
再热蒸汽温度进一步提高到 620℃以上，高温再热蒸汽管道材 料都选择了P92。
2.3、超超临界再热蒸汽管道冷段用材的选择
超超临界高压缸排气压力和排气温度受低压缸排气温度的限制， 与亚临界机组相比，变化不大；再热蒸汽管道冷段根据不同机 型的具体情况确定其材料，但不涉及新材料的应用。
高压缸最高允许排汽温度低于 427℃的汽轮机，再热蒸汽管道 采 用 碳 钢材 料 A672B70CL32 电 熔 焊 接钢 管 ； 排汽 温 度 高于 427℃，采用低合金钢A691Cr1-1/4CL22电熔焊接钢管
4.1.5、高温短时拉伸性能
图1：国产和住友P91钢管的高温短时屈服强度
国产钢管的高温短时屈服强度均符合 GB 5310的要求。国产 钢管在100-450℃的屈服强度与住友钢管处于同一水平，国产 钢管在500-650℃的屈服强度略高于住友钢管。
4.1.6、高温持久强度
图2：国产和住友P91钢管600℃的持久强度试验曲线
四大管道是火电机组的关键部件之一，其造价占投资项目的 5%-8%，其质量对机组的安全运行非常重要。
机组参数特别是蒸汽温度和压力的提高，对超（超）临界机 组四大管道所用钢管的材料性能也提出了更高要求。
1、引言
2005年开始，国内多家制造企业联合大型发电集团、 科研院 所和高校，对超超临界机组用P92、P91钢管进行了全面系统的 国产化研制工作。 目前国内已有多家企业具备四大管道产业化的能力，自主研制 的四大管道的性能基本能够满足相关标准的规定和电厂的使用 要求，不少材料已经在电厂获得工程应用。
2、四大管道的选材
四大管道是电厂系统的重要组成部分，材料选择不当，可 能造成电厂降参数运行，影响经济效益，严重者会带来安全问 题。而考虑过大的设计裕量，会造成不必要的浪费。结合四大 管道材料的应用和发展现状，介绍四大管道选材的基本要求。
超超临界火电机组四大管道：
主蒸汽管道
再热蒸汽管道热段
再热蒸汽管道冷段
国内四大管道主要采用的制造工艺：垂直热挤压，周期式轧制， 冲孔拉伸、锻造镗孔。
3.1、垂直热挤压
采用垂直热挤压机生产四大管道用大口径厚壁无缝钢管是工 业发达国家传统的，成熟的工艺方法。
工艺优点：无缝钢管在挤压生产过程中处于三向压应力状态， 工件组织致密；热挤压工艺适合加工难变形金属材料，产品精 度较高，内在质量好，且工艺流程较短。
火电机组四大管道国产化
目
1-引言
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录
2-四大管道的选材
3-四大管道的国产化现状及制造工艺
4-国产四大管道材料的性能水平 5-四大管道国产化应用存在的问题及建议
6-结语
-2-
1、引言
四大管道是指连接锅炉与汽轮机之间的主蒸汽管道、再热蒸 汽管道热段、再热蒸汽管道冷段、高压给水管道以及相应旁路 管道，主要为大口径厚壁无缝钢管。