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超超临界（USC）机组高温管道材料 综述和管道设计中若干问题的讨论 汤蕴琳 (中国电力工程顾问集团公司) 摘 要： 本文综述了适用于汽温为600℃的不受热的厚壁高温管道和联箱使用的合金钢材性质，受热的过热器和再热器管子钢材性质，提出了使用参考意见。对管道设计规程中使用的许用应力和设计参数提出了讨论。简要介绍今后汽温进一步升高到630℃时可能使用的钢材。 关键词： 超超临界机组 高温管道材料 管道设计 0 前言 超超临界（USC）机组一般指进汽压力高于27MPa，或汽温高于580℃的机组。经过几年来各单位的多次论证，同时考虑到国际上发展趋势，我国USC机组的容量和参数已基本取得了一致意见。在容量上分600MW和1000MW 2个等级；在蒸汽参数上，按汽机主汽门入口处计，采用25或26.5 MPa，600℃/600℃，一次再热。目前USC机组在我国发展迅猛，在建的1000MW USC机组已有三个工程6台机组，600MW USC机组已有二个工程4台机组。还有一些项目正在规划中。有关USC机组的各种技术问题，必需认真对待，妥善解决。 开发USC机组的关键之一，在于开发强度高，耐高温腐蚀、耐汽侧氧化、有良好的焊接和加工性能、经济上比较合理的新型钢材。自二十世纪九十年代以来，日本和欧盟研发了新的高温钢材，并经过试验机组的使用考验，从而扫清了发展汽温达600/610℃USC机组的障碍。表1列出了2000年以后投产的若干电厂使用的钢管材料： 表1 2000年以来投产的USC机组使用的钢管材料 电厂名称/ 机组台号 出力MW 蒸汽参数 MPa/℃/℃ 燃料 投产年份 汽管材料 过热器/再热器材料 Boxberg 915 26.4/555/575 褐煤 2000 P91 1.4910 敦贺/2 760 24.1/593/593 煤粉 2000 P122 Super304H/HR3C 橘湾/2 1050 25/600/610 煤粉 2001 P122 Super304H/HR3C Avedore/2 400 30.5/582/600 天然气 2001 P92 TP347HFG Niederaussem/K 975 26.5/580/600 褐煤 2002 E911 TP347HFG 新矶子/1 600 25.5/600/610 煤粉 2002 P122 Super304H/Tempa1oyA-1 常陆那珂/1 1000 24.5/600/600 煤粉 2003 P122 Super304H/TP347HFG 广野/5 700 24.5/600/600 煤粉 2004 P122 Super304H/HR3C 舞鹤/1 900 24.5/595/595 煤粉 2004 P122 Super304H/HR3C 1 厚壁高温管道材料 由表1可见，对于主蒸汽和再热蒸汽管，使用较多的是P92和P122。在2000年以前，有若干USC机组曾采用P91和E911，由于此二种钢材许用应力低，钢管壁厚较大，影响机组变负荷速率，且材料总价格比之P92反而增加，因此在2000年以后已很少应用。此四种材料的成分和许用温度，许用应力情况为表2。 表2 锅炉联箱和主汽管钢材（铁素体钢）性质 名 称 主要成份 许用 温度℃ 许用应力，MPa (600℃时) 批准单位 P91 9CrMoVNb 595 62 ASME/DIN E911 9CrMoWVNb 615 71 VdTuv,ASME CC2327 P92 (即NF616） 9CrMo2WVNb 620 88 METI火STPA29，ASME CC2179-3 P122 （即HCM12A） 11crMo2wCuVNb 620 83 METI火SUS410J3TP， ASME CC2180-2 Niederaussem 电厂锅炉出口联箱和蒸汽管采用E911，其规格如下（1D×t，mm）： 过热器联箱 主汽管 再热汽联箱 再热汽管 250×85 250×55 510×60 510×38 根据华东院的计算，当汽机进汽参数为25MPa，600/600℃，机组出力为1002MW时，主蒸汽管和再热蒸汽管使用P91和P92的计算结果如表3。 表3 采用P91和P92钢管的计算结果 主 蒸 汽 管 再热蒸汽管 管道材料 P91 P92 P91 P92 蒸汽流量（t/h） 2810 2810 2325.6 2325.6 流速（m/s） 50 50 65 65 设计压力（MPa） 28.4 28.4 6.0 6.0 设计温度（℃） 609 609 607 607 管道规格1 （IDxt,mm） 265×78.5 265×54.7