超超临界用阀门材料选用及设计制造技术研究.docx

2011．09中国成都第九届电站金属材料学术年会超(超)临界用阀门材料选用及设计制造技术研究鹿焕成唐惠锋张惠东中阀科技一开封高压阀门有限公司摘要： 本文主要介绍了超(超)临界高温高压阀门材料选用、设计制造、应力分析、功能试验等技术 要点．关键词： 超(超)临界火电站高温高压阀门 1引言1．1我国的电力发展水平： 我国到2010年总装机容量已达9．6219亿Kw，其中火电占73．4％；水电占22．18％；核电占1．12％；风电占3．23％。全国发电量达4．1413万亿Kwh，火电占80．3％；水电占15．9996；核电占1．78％。全社 会用电量在4．1923万亿Kwh，仍有500多亿Kwh缺口。据美国能源部信息管理局发布的[国际能源展 望]，到2020年中国发电总装机容量将达11．86亿KW，根据我国十二五规划到2020年总装机要达到 18．25亿肼。其中火电为11．6亿KW，占63．6％；水电为3．3亿KW，占18％；核电为0．9亿研，占4．93％； 风电为1．8亿肼，占9．86％，其它0．65亿肼，占3．56％(天然气0．4亿KW；太阳能0．2亿肼；生物 质及再生能源0．05亿KW)。目前我国人均装机容量为0．718 kW，人均发电量只有3090Kwh，还远远 低于世界发达国家的水平。(欧盟15国在2002年人均用电已达到6636 Kwh)1．2我国电力发展方向： 我国煤炭资源丰富，2000米以浅预测煤炭资源5．6亿万吨，能源剩余可采总储量中煤占58．8％，在相当长时期内能源结构仍以煤炭为主，以煤为一次能源的火力发电仍是电力生产的主要方式。预计 到2020年18．25亿l(1『总装机容量中：火电占11．6亿Kw，仍占63．6％，火电在未来电力结构的主导地 位没有变。从当前国际发展趋势来看，对火电厂在效率、经济和环境适应性方面，有竞争力的技术都瞄准采 用超(超)临界机组、整体煤气化联合循环机组等。一般中小机组热效率在30％左右，亚临界大型火电 机组的热效率在38％以下，而超(超)临界机组的热效率可达42％-一45％。一台60万l(I『超超临界火电机 组参数25Mpa／600℃比亚临界火电机组参数17Mpa／540℃年节约煤炭12．6万吨，节约燃料费用4000 多万元，减少C晚气体排放37万吨，减少S02气体排放0．3万吨。据目前国家电力发展产业政策，已经把60万Kw超临界和60万、100万KW超超临界机组作为主 流建设机组。发展超(超)临界电站除了解决设计制造上有关技术问题，还有一个关键就是材料问题一 要有满足超(超)临界具有承受更高温度和压力的材料。研制超(超)临界机组用阀门也存在同样问题。 2超(超)临界火电机组耐热钢的开发早在20世纪50年代美国、英国和德国就开始研制超(超)临界机组，受当时的材料技术水平限制， 这些机组都只能降低参数运行，又退回到了亚临界参数。国际上20世纪70年代中的能源危机，使人 们重新考虑发展高参数超l晦界和超超临界发电技术的研究计划。这些研究项目都把耐热材料作为主要 内容。1974年美国能源部委托国家实验室，在美国电科院、美国燃烧工程公司协作下，开发出9C-1MoV 钢，拉开了超临界材料研究的序幕。1980年9C一1MoV钢应用于美国Kingston电厂5号机组，此后又 被加拿大、英国用于电厂。1983年至1984年美国ASME标准中相继出现代号为：管子T91、P91／锻件 F91／板材GR91的新材料。1985年以来该钢种被世界各国广泛应用于火力发电机组的过热器，再热气 管道及阀门上。1986年美国电科院组织了包括美国、日本和欧洲的英国和丹麦等国锅炉、汽轮机制2011．09中国成都第九届电站金属材料学术年会造厂参与的RPl403项目，为期8年进行超超临界火电机组材料的研究，证实了P92和P122钢是制造 锅炉部件的合适材料。2000年美国能源部又计划在15年以后，蒸汽参数达到7fi0℃，并向870℃超 高温冲刺。欧洲16国组织的超超临界火电站材料的研发，通过实施COST501，522，536计划，从1983—1997 年，1998-2003年，2004--2015年，分三个阶段开发火电新材料，包括耐热钢，高温合金等，和表面处 理和涂层技术。在技术措施上，运用纳米技术进行合金开发，用计算机辅助合金设计和模拟，解决耐热 材料的高温强度和抗氧化性能问题。日本80年代启动了超超临界发电技术研究，相继开发了铁素体耐热钢和奥氏体耐热钢，目前也在 进行700℃超高温新材料的研究。传统火力发电用钢种P22／F22／Wc9属于2．5CrlMo钢。 第1代新钢种：T22V(2．5CrMoV)，T23(CrMoWNb)，600℃＼105h的蠕变断裂强度提高到60MPa： 第1I代新钢种：P91 F91 C12A