管材管件新型高温高强钢管件的研制

　　我国能源以煤炭为主，发展燃煤发电机组，必然要带来巨大的压力。排放的烟气中含有SOX、NOX和CO2，并排出大量的灰渣和污水，给人类带来四大问题：温室效应、酸雨、臭氧层和大气污染。所以我国的能源发展政策是煤为主体，电为中心，保障社会经济的可持续发展。超超临界（USC）机组就是通过提高火电机组锅炉蒸汽温度、压力参数提高机组效率，特别是温度参数对效率的影响更为显著，优化发展煤电，提高燃煤发电机组的效率和减少污染物排放的洁净煤发电技术，因此，USC机组是我国火电发展的必然趋势。

　　1USC机组技术的关键

　　从目前世界火力发电技术难度和现实性看，USC技术并配备以常规的烟气脱硫技术较易实现，且USC机组在国际上已经是商业化成熟的发电技术。虽然我国USC机组的发展取得了举世瞩目的发展，但USC机组用高温高强度钢材及管件的国产化研制和应用性能的研究工作仍然薄弱，因此，研发、生产符合有关标准的国产化新钢种及管件，以及对其性能随运行温度、时间变化规律的研究，已成为推广应用USC技术的关键。我国已运行的1000MWUSC机组的实践证明了大力发展USC机组的必然性和正确性。

　　USC机组四大管道的寿命设计也是USC机组技术的关键。由于主蒸汽管道、再热蒸汽管道热段在高温条件下运行，故其在运行中会发生蠕变和钢的组织性质变化等变形和材质老化等现象，在管道及管件设计时，其设计许用应力，主要取自钢材在设计温度下的100000h的持久强度极限。我国标准设计许用应力为设计温度下钢的100000h持久强度极限除以1.5安全系数的计算方法。由于钢材的持久强度极限是与时间密切相关的强度指标，因有时间条件的制约，故这种新型高温高强钢管件冷段其设计和运行温度一般小于450℃，在运行中不产生蠕变，其设计许用应力主要取自于钢材在设计温度下的极限，由于钢材的极限是一个与时间无关的强度指标，对此设计，我们称之为无限寿命设计。

　　2新型高温高强钢管件研制的国产化现状

　　我们针对主要的几种新型高温高强钢管件的研制和国产化进程进行简要概述：

　　2.1碳钢、低合金耐热钢管件的研制

　　碳钢和低合金耐热钢（合金总含量小于5%）的管件，早在20世纪80年代国内各管件厂就已进行生产，并已在高压、超高压和亚临界机组投入运行。

　　2.2亚临界机组SA335/P91钢管件的研制

　　自1996年原电力部电力规划设计总院管道小组提出“关于我国火电厂主蒸汽管道采用91钢的”开始，P91钢在我国火电厂主蒸汽管道得到了广泛的应用，同时国内各管件厂开展了P91钢管件的研制。天津电力建设公司电力修造厂、江苏电力装备有限公司、郑州华电金源管道有限公司、盐山沧海管件制造有限公司、咸阳秦昌管道有限责任公司等开展了P91钢弯管研制。阜新电力修造厂、富通科技发展有限公司、天津金鼎管道有限公司、宏润管道集团有限公司、昊宇、渤海管件有限公司、阜新华通管道公司等开展了热挤压三通、热压弯头等管件的研制，分别通过相应的评审，并在工程上得到了不同程度的推广应用。

　　2.3“600MW超临界机组P91热挤压三通”专题研究

　　原国家经贸委在“十五”期间领导组织了国家重大技术装备研制项目（科技攻关）计划《60万千瓦超临界火电机组成套设备研制》，华能集团公司、西安热工研究院等单位承担了“600MW超临界机组P91热挤压三通”专题研究。2004年8月通过了中国电力规划设计协会组织召开的国内主要设计研究、使用单位专家、学者参加的技术评审，并进行了长时热强性能试验，给出了576℃下的持久强度和蠕变极限，分析表明许用应力满足设计要求。目前国产P91管件在火电机组得到了比较广泛的应用。

　　2.4采用进口材料的P92钢管件的研制

　　P92钢弯管的研制。江苏电力装备有限公司、郑州华电金源管道有限公司进行了P92弯管的研制，其中江苏电力装备有限公司的P92弯管已应用于上海外高桥三厂1000MWUSC机组。

　　在由中国华电工程（集团）有限公司、华电管道工程技术有限公司、天津金鼎管道有限公司、郑州华电金源管道有限公司共同完成的《超超临界机组P92钢应用技术开发》课题中天津金鼎公司研制完成了P92钢制ID349mm×72mm、ID248mm×52mm异径三通和ID850.9mm×38mm热推弯头。该课题于2007年7月通过了中国电力企业联合会鉴定办公室组织的鉴定，并获得2007年度中国电力科学技术二等。

　　国电富通公司研制的ID406.4mm×97mm热压弯头和ID248mm×60mm热压等径三通，于2006年9月通过了中国电力企业联合会鉴定办公室组织的鉴定，并获得2007年度国家电网公司科技进步二等。现已供货的P92管件有1000MW级两个项目四台机组（华能南京金陵电厂、中电投平顶山电厂各两台）和600MW级五个项目十台机组（乐清、新昌、射阳港、福州、岳阳电厂各两台）；已签订合同的1000MW级两个项目四台（常熟电厂、嘉兴电厂各两台）、600MW级一个项目2台（景德镇电厂）。国电富通是目前国内唯一的已供应USC机组P92管件的厂家。

　　3展望

　　国内几大管件生产企业的生产装备、设备能力基本具备了采用进口P92钢原材料生产P92管件的加工能力。只要对USC机组用P92钢制管件的设计及制造工艺进行系统、深入的研究，对P92钢焊接、热压成型和热处理工艺开展深入的研究，对P92钢主汽热压三通和热压弯头进行试制，并采用有限元应力分析和持久强度试验等进行验证，掌握USC机组P92钢管件设计、制造、检验及受力状态等核心技术。预计我国在三年左右的时间内P92钢管件将可完全实现国产化。

　　4结束语

　　USC采用国产新型钢及管件是我国电力工业发展的必然趋势，国产新型钢及管件是未来我国USC机组建造的基础和核心技术，是USC机组安全运行的关键技术。

　　因此，我国冶金、发电设备制造、电力行业的科研、设计、生产、制造、安装、运行单位应通力合作，共同加快USC机组用新型钢及管件的开发，确保USC机组的稳定发展。