沁北电厂高旁管道爆裂调查分析报告 - 图文

沁北电厂1月8日#6机高旁管道爆裂

调查分析报告

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华能河南分公司调查分析组

2015年3月9日

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沁北电厂1月8日#6机高旁管道爆裂调查分析报告

一、事件经过

2015年1月8日，#6机组1000MW满负荷运行，主蒸汽压力25.75Mpa，主蒸汽温度604℃，高旁阀后温度437℃，高旁阀后压力4.73Mpa，再热蒸汽温度568℃。电厂进行#6机组性能试验，运行应西安热工院性能试验人员的口头要求，关闭高旁减温水调节阀、截止阀和手动门，以测试高旁阀泄漏量（测试完成后未开启高旁减温水阀门）。

10:35:22高旁阀减温水系统阀门关闭完成，高旁阀后温度由352℃逐渐上涨至437℃保持稳定。

12:45:38 #6机组汽机厂房发出异常声响，6B汽泵小机轴振大跳闸，辅汽联箱压力、6A汽泵小机进汽压力快速下降。

12:46:10 锅炉给水流量低保护动作，锅炉MFT，机组联锁保护动作正常。

13:08汽机转速到零，盘车投入正常。

14:30检查发现#6机组汽机高旁阀后至冷段管道爆裂落到8米平台。 二、现场检查及处置 （一）检查情况

1、 机组跳闸原因：锅炉MFT跳闸首出为“给水流量低保护”动作，“给水流量低保护”动作原因为6B给水泵小机振动大跳闸和6A给水泵小机失去汽源转速快速下降，造成锅炉给水流量降低。

2、 检查发现：高旁阀后管道纵向爆裂，爆口长度6.1米，约10米长度管道断落至8米平台。

（二）事件处置经过

事件发生后电厂分管领导立即赶赴现场进行查看，确认人员、机组、设备状态，随后向上级管理公司进行了汇报。华能河南分公司和华能沁北电厂联合成立了#6机组高旁管道爆裂事件处理领导小组，下设调查小组、

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抢修小组，明确人员、职责和分工，全面负责事件原因调查和现场抢修工作（见附件一：#6机组高旁阀后管道开裂事件处理组织机构），并通知设计单位、西安热工院相关专家到厂开展分析工作。

1月10日9:00，华能国际电力股份有限公司、华能河南分公司、华能沁北电厂、设计单位、西安热工院等相关单位领导和专家在电厂召开了#6机组高旁管道爆裂事件专题会。与会人员通过对运行参数、阀门结构、管道材质以及应力计算等方面进行综合分析，初步达成共识，确定了高旁阀后管道恢复方案。会后电厂开始了进行高旁阀后管道恢复的准备工作。

1月14日至19日，由股份公司生产部、工程部、技术部和有关技术专家组成专家组到达现场。经现场勘察及查阅原始设计、设备招标、施工记录等文件，对“#6机高旁管道爆裂故障”进行了调查分析，就设计、采购、安装、运行中存在的问题达成共识，提出了下一步工作指导意见和建议。

1月17日，电厂紧急采购的高旁后管道运抵现场，开始安装，1月27日7:00抢修工作结束，机组开始启动，18:44机组并网，启动后检查机炉侧支吊架和膨胀指示器状态正常，高旁后管道壁温正常（见附件二、三）。

2月13日，华能国际电力股份有限公司、华能河南分公司、华能沁北电厂、西北电力设计院、西安热工研究院领导和专家在沁北电厂召开了#6机高旁阀后管道爆裂调查分析会议。西安热工院就#6机高旁阀后管道爆裂原因分析进行了汇报，设计单位就高旁阀安装方式及高旁管道选材依据进行了说明，华能河南分公司调查组汇报了#6机高旁阀后管道爆裂调查分析报告。会议对报告提出具体修改意见，并对#6机高旁阀后管道恢复工作完成情况进行了检查。

三、原因分析

#6机高旁阀后管道超温、管材过热是造成此次爆裂事件的直接原因。 1、高旁阀后管道未依据《火力发电厂汽水管道设计技术规定》(DL/T 5054-1996)（简称管规）要求按减温管道设计，选用材质（A672B70CL32）

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偏低(见附件四、五) 是造成此次事件的主要原因。

2、高旁阀后管道长期超温运行（超过382℃），致使管道材料发生蠕变变形，强度降低；事件当天电厂在进行性能试验，运行人员关闭高压旁路减温水门进行高旁阀泄漏试验，失去了减温手段，导致高旁阀后管道短时间内温度进一步上升，强度进一步降低。长期超温和短期超温作用叠加是造成此次事件的主要原因。

3、高旁阀后蒸汽温度测点距高旁阀较远，不能真实反映高旁阀后管壁温度分布，未能为运行人员的操作、判断提供依据，是引发本次事件的原因之一。

4、高旁阀设计成水平安装与管规的规定不符，高旁阀检修质量差，导致高旁阀长期存在内漏，是引发本次事件的原因之一。

四、暴露的问题

1、设计阶段将高旁阀后管道按管规中2.0.2.1和2.0.2.2条再热器冷段管道的标准选择了A672B70CL32材质30mm壁厚，可满足蒸汽冲刷磨损的要求，但未充分考虑高旁阀运行可能导致阀后达到最高工作温度，以及温度不均匀对管道应力的影响，没有根据管规第2.0.2.2条第（5）款中要求“减温装置后的蒸汽管道取用减温装置出口蒸汽的最高工作温度”选取高旁阀后管道材质，导致高旁阀后管道材质偏低。

2、三期高旁阀选用德国HORA阀（见附件六：HORA阀门结构图），其减温水采用中间环形孔直喷式结构，减温均匀性相对较差，导致高旁阀后管道上下壁温存在加大偏差，形成了异常的热应力。

3、设计阶段并未针对高旁阀后管路设置合理的金属壁温监视测点，导致实际运行中，高旁阀后测点温度与阀后实际管壁金属温度存在较大的差异，运行人员无法监视到管道金属壁温的最高温度。

4、设计阶段未根据管规第5.2.9.2要求“旁路阀的阀杆应垂直向上”，而采用水平布置，难以保证阀门的严密性，并且由于减温水水平喷射，形

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成重力抛物线，导致管道上下壁温差进一步增大。

5、设计阶段高排逆止阀前管道材料选用A691低合金钢，但施工阶段因故变更为A672碳钢，暴露出设计管理不严谨；高旁阀后第一道焊口热处理原始资料未移交生产，暴露出施工管理不规范。

6、在2013年6月至2014年1月期间因高旁阀泄漏造成超温，超过管材设计温度382℃运行时间4034.5小时、超过420℃运行时间3323.8小时，未采取喷水减温措施，未组织技术分析，暴露出运行技术技能水平低。

7、运行人员在进行#6机组大修后性能试验准备时，关闭减温水门检验高旁泄漏量，未开展事故预想，且未经厂部批准就进行了相关操作，阀门泄漏量试验结束后也没能及时投入减温水降低高旁后蒸汽温度。运行人员安全意识淡薄，风险辨识不到位。

8、运行规程中规定“高旁阀出口温度大于420℃时，高旁阀全关”，但没有正常运行中由于阀门泄漏等原因造成温度升高时如何控制温度的规定。没有编制有效控制高旁阀后温度的技术措施，暴露出技术管理存在漏洞。

9、高旁阀及减温水阀的检修质量差，检修队伍水平不高，检修文件包未按照标准内容记录，检修质量控制过程不严谨，检修后阀门依然内漏。

10、技术监督管理人员尤其是金属监督管理人员对高旁阀后管道的超温没有引起高度重视，未能及时掌握高旁阀后管道的实际状况。2014年机组检修期间高旁阀后管道曾进行过消缺补焊；2014年12月22日高旁阀后疏水管附近管道漏汽，机组进行了降负荷带压堵漏。以上两次消缺期间本应对高旁阀后管道进行扩大性的金属监督检验，但金属监督专责并未结合管道材质、运行状况及时分析高旁阀后管道缺陷原因、发展趋势并制定措施。

五、防范措施

1、汽机高旁阀体出口段和阀后管道要严格按照管规中减温管道的标准

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选择设计温度，设计温度应按可能出现的最高金属温度（参照可能出现的最高蒸汽温度）选取。参考同类型机组设计，将#6机组高旁后管道材质更换为A691 1-1/4CrCL22的低合金钢。

2、设计单位重新提供高旁阀垂直安装设计变更方案，电厂择机进行改造。

3、按照火力发电厂汽水管道应力计算技术规程（DL/T5366-2006）要求核算高旁阀体出口段和管道应力的安全系数。

4、在所有机组高旁阀和阀后管道沿流程增加管壁温度测点，以监测到可能出现的最高金属壁温，并在控制系统中增设该管段金属壁温报警，引入寿命管理系统。修改高旁阀相关系统图与运行规程，制定防止管道超温措施。

5、加强运行管理和技术培训。对于各工况下高旁减温水的流量应认真研究，补充操作细则，使运行人员能够按照曲线、按照数据、按照细则操作高旁减温水系统，避免操作的随意性；加强运行操作的纪律性，对于重要设备的重要操作，应按规定履行审批程序，对于性能试验、临机启动等扰动可能带来的影响，应组织专业分析，由分管领导决策相关操作，避免操作程序失控。

6、提高阀门检修质量，对于高旁阀制造厂的检修工艺及热处理要求应严格执行，对于检修队伍的选择及检修人员的安排应参照汽轮机检修的最高标准，对于高旁阀的检修质量验收应严格按照三级验收的规定。确保高旁阀修后一个检修周期内不发生泄漏。

7、加强技术监督管理，严格执行国家、行业制定的各种标准、规程。加强机组受监督部件超温统计，发现异常及时提出防范措施。对于四大管道及分支管线发生的微小缺陷要高度重视，及时进行扩大性或全面的金属监督检验。

8、加强生产人员主要承压部件金属材料知识培训，学习《电厂动力管

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道设计规范GB 50764-2012》和《电力生产25项反措》等相关知识（见附件七：学习文件清单）。

9、本着“全面排查、不留死角，重点突出、不走过场”的原则，按照电厂《关于深入开展隐患排查工作的通知》（见附件八），加强隐患排查工作，责任落实到人，及时发现并消除安全生产隐患。

10、加强基建技术管理，生产人员要全过程参与，及时掌握设计安装信息，加强与同类机组设计、设备对比分析，及时提出优化改进的建议。

11、将化学值班室等类似现场值班场所远离四大管道及分支区域，现场检查、采样等工作应短时高效，不做长期停留，对于高温高压管道和设备应完善隔离标识。

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附件列表：

附件一：#6机组高旁阀后管道开裂事件处理组织机构 附件二：#6机组高旁阀减温水截门、疏水门开关与壁温曲线图 附件三：#6机组高旁阀当前运行方式下阀后壁温曲线图 附件四：设计单位高压旁路管道设计标准分析

附件五：东北电力设计院关于汽机高压旁路设计温度选择传真 附件六：HORA高旁阀结构图 附件七：学习文件清单

附件八：《关于深入开展隐患排查工作的通知》 附件九：300MW机组高旁阀后管道选用应力计算书 附件十：沁北电厂6机组高旁阀后管道超温统计报告 附件十一：汽机高旁阀和阀后混温段设计分析

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附件一：#6机组高压旁路阀后管道开裂事件处理组织机构

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附件二：#6机组启动后高压旁路阀减温水截门、疏水门开关与壁温曲线图

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附件三：#6机组当前运行方式下阀后壁温曲线图

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附件四：设计单位高压旁路管道设计标准分析

设计单位高压旁路阀后管道的设计依据是《火力发电厂汽水管道设计技术规定》(DL/T 5054-1996)中2.0.2.1和2.0.2.2条，再热蒸汽管道设计压力为取用汽轮机最大计算出力工况下高压缸排汽压力的1.15倍，低温再热蒸汽管道的设计温度为取用汽轮机最大计算出力下高压缸排汽参数，等熵求取在管道设计压力下的相应温度为382.4℃。高压旁路阀后管道选择了A672B70CL32材质。经咨询《火力发电厂汽水管道设计技术规定》(DL/T 5054-1996)标准的主编人，解释“高压旁路阀后管道的设计温度应根据DL/T 5054-1996第2.0.2.2条第（5）款中‘减温装置后的蒸汽管道取用减温装置出口蒸汽的最高工作温度’选取，该‘最高工作温度’应充分考虑阀后管道材料的选择应同时考虑防止蒸汽冲刷和内漏的共同影响”（见附件九：东北电力设计院提供300MW高压旁路阀后管道选用应力计算书）。设计单位在设计时未充分考虑上述复杂工况对高压旁路阀后管道材料和应力的影响，取用了再热器冷段设计参数，而哈汽同类型6台机组和华能其它百万机组高压旁路阀后管道材质均采用不低于A691.1-1/4CrCL22低合金钢。

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附件五：东北电力设计院关于汽机高压旁路设计温度选择传真

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附件六：HORA高旁阀结构图

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附件七：华能沁北电厂组织学习文件目录?1、《电厂动力管道设计规范GB 50764-2012》 2、《电力生产25项反措》

3、《超（超）临界机组金属材料及结构部件检验技术导则》 4、DL/T5054-1996《火力发电厂汽水管道设计技术规定》 5、DL/T438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》

6、?????????????《火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则》?

?

?、DL/T 715—2000《火力发电厂金属材料选用导则》

8、DL/T 869—2012《火力发电厂焊接技术规程》 9、《火力发电厂金属手册》

?

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附件八：关于深入开展隐患排查工作的通知?

?

全厂各部门、实业公司、外包生产经营单位：?

为贯彻落实集团公司、河南分公司????年第一次安委会会议精神，认真吸取?月?日我厂??机组高旁阀后管道纵向爆裂事件教训，厂部决定从即日起在全厂范围内开展安全隐患排查活动。?

一、各部门及外包单位要高度重视，充分认识到当前我厂安全生产工作的严峻形势，按照?谁主管、谁负责?的原则，成立专项检查组，对所辖区域、系统、设备进行划分，明确责任，落实到人。做到?全面排查、不留死角，重点突出、不走过场?，切实开展好本次隐患排查工作。?

二、各部门及外包单位对排查发现的一般隐患要立即组织进行整改，短时难以整改的重大隐患要制定整改措施，明确整改责任人、整改时限，做好整改进度跟踪，确保排查发现的各项隐患都能够得到落实、整改。并按附表要求于????年?月??日下班前将自查、整改情况上报至安监部、策划部。?

三、安监部将加大监督检查力度，对本次隐患排查自查、整改工作实行备案制度，对自查、整改工作开展不利单位和个人按照相关制度追究责任。?

???????????华能沁北发电有限责任公司安监部??????????????????年?月??日?

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附件九：300MW机组高压旁路阀后管道选用应力计算书

流量 设计压力序号 管系 (t/h) 1.9 高压旁路入口管道 331.50 高压旁路出口管道1.10 过渡段 1.11 高压旁路出口管道 389.81 4.97 341 4.32 321.4 0.0571 6.417911 431.6 457 12.7 42.23 φ457X12.7 389.81 4.97 576 4.32 321.4 0.0571 6.417911 422.04 457 17.48 44.17 φ457X17.48 (Mpa.a) 25.5 度(℃) 576 (Mpa.a) 25.5 度(℃) 571 (m3/kg) 0.0130 (kj/kg.℃) (mm) 159 (mm) 厚(mm) 速(m/s) 29 60.39 (mm) ID159X29 设计温介质压力介质温介质比容熵 内径 外径选用壁实际流主管尺寸 ?许用内外径序号 管系 正偏差（mm） 最大内许用应力 外径(MPa) (mm) 系数Y 系数η (α) 修正修正mm mm(Sm) （%） A 温度应力壁厚厚差m差系数Sc （mm） 附加最小壁许负偏厚负偏厚（mm）厚差小壁厚 壁厚 壁厚允直管壁计算壁取用壁弯管最选用计算与弯管19

高压旁路入口管1.9 道 高压旁路出口管1.10 道过渡段 高压旁路出口管1.11 道 2.362 161.612 87.0556 0.7 1 0 25.84 0 0 27.14 1.86 27.9053 32 95.0686 0.7 1 0 11.30 12.50 0.143 12.91 4.57 12.1991 14 127.216 0.4 1 0 8.61 12.50 0.143 9.84 2.86 9.30082 11 20

附件十：沁北电厂6机组高压旁路阀后管道超温统计报告

华能沁北电厂#6机组为1000MW超超临界燃煤发电机组，#6机组于2012年12月08日完成168h满负荷试运，2013年3月6日投入商业运行。机组配套汽轮机为哈尔滨汽轮机厂引进日本东芝技术制造的超超临界凝汽式汽轮机，汽轮机型号为

CCLN1000-25/600/600。

高压旁路阀采用德国HORA公司产品，设计布置在汽机房8m层；高压旁路阀形式为角式：设计为水平进水平出，执行机构水平布置。

高压旁路阀前后管道材料为A672B70CL32型高温高压碳素钢。 高压旁路阀前/后管道设计参数如下： 管道材质A335P92 / A672B70CL32 管道管径 Φ392×66 / Φ863.6×30 管道设计运行压力 27.46 MPa / 6.418 MPa 管道设计运行温度 610 ℃ / 382.4 ℃ 见下表A672B70CL32材质标准：

A672B70CL32（ASME B31.1-2007） 温度℃ 20 260 316 343 371 399 427 许用应力 (MPa) 137.9 137.9 133.8 129.6 124.8 102.0 82.7 温度℃ 20 100 150 200 250 300 350 21

弹性模量 (kN/mm2) 202 197 194 190 188 184 178 温度℃ 20 100 150 200 250 300 350 平均线胀系数 (10-6/oC) 11.6 12.1 12.4 12.7 13.0 13.3 13.6 479 58.3 400 450 171 161 400 450 13.8 14.1 统计6机组投产运行以来高压旁路阀后蒸汽温度大于361℃、382℃、400℃、420℃、450℃的运行时长，截至15年1月8日#6机组跳闸前，具体时间数见下表。

#6机组高压旁路阀后运行温度表

#6机组 负荷 后温度 大于????? MW 时长（?） ??年?#6机组高旁#6机组高旁后温度 大于?????时长（?） #6机组高旁后温度 大于?????时长（?） #6机组高旁后温度 大于?????时长（?） #6机组高旁后温度 大于?????时长（?） 615.35 月 ??年?612350.00 0.00 0.00 0.00 0.00 716.39 月 ??年?567770.00 43543.00 23637.00 20268.00 0.00 214.41 月 ??年?287491.00 339.00 0.00 0.00 0.00 725.78 月 ??年?228898.00 55765.00 91.00 0.00 0.00 727.79 月 ??年?1546162.00 1008365.00 789948.00 356965.00 0.00 777.30 月 2259102.00 1640498.00 1502978.00 1170414.00 773.00 22

??年?709.71 月 ??年1996766.00 1466805.00 1315942.00 1102673.00 10.00 736.97 ??月 ??年2592000.00 2454819.00 2279513.00 1961389.00 0.00 810.12 ??月 ??年2505600.00 2505600.00 2505600.00 2481284.00 482523.00 800.52 ??月 ??年2592000.00 2592000.00 2592000.00 2585760.00 1195575.00 559.74 ?月 ??年?2111085.00 2107869.00 2099859.00 2088300.00 1880427.00 407.00 月 ??年?848622.00 677.00 0.00 0.00 0.00 764.80 月 ??年?458298.00 226.00 0.00 0.00 0.00 719.81 月 ??年?100443.00 0.00 0.00 0.00 0.00 775.11 月 ??年?174998.00 1910.00 0.00 0.00 0.00 724.71 月 ??年?556054.00 4579.00 0.00 0.00 0.00 775.68 月 884551.00 2270.00 0.00 0.00 0.00 23

??年?709.10 月 ??年?687418.00 3242.00 0.00 0.00 0.00 612.53 月 ??年531490.00 564.00 0.00 0.00 0.00 检修 ??月 ??年- - - - - 检修 ??月 ??年- - - - - 280.41 ??月 ??年?969683.00 623488.00 303914.00 187637.00 172671.00 754.38 月 总计时长?合小时数?123833.00 11714.00 11471.00 10796.00 0.00 22634702 6287.4 14524361 4034.5 13425041 3729.2 11965574 3323.8 3732015 1036.7 #6机组从2013年3月6日机组转商业运行至2015年1月8日高压旁路阀后管道爆裂，高压旁路阀后蒸汽温度超过382℃运行时间较长，达到14524361秒，约合4034.5小时，超过420℃高旁快关保护温度时长为11965574秒，约合3323.8，超过450℃运行时长为3732015秒，约合1036.7小时。?

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附件十一：汽机高压旁路阀和阀后混温段设计分析?

摘 要

本文对高压旁路阀和阀后混温段管道设计和使用情况进行了综合分析，对超临界和超超临界机组高压旁路阀和阀后混温段管道材质进行了应力校核计算，发现部分管道材质应力校核的安全系数低于1，设备存在安全隐患。

关键字: 设计温度 混温段 安全系数 安全隐患

汽轮机旁路系统对改善机组的启动性能、保证机组的正常运行有非常重要的作用。汽轮机旁路系统由旁路阀、喷水减温调节阀和隔绝阀、阀后的混温管道组成。华能沁北电厂三期工程建设2×1000MW超超临界燃煤发电机组，汽轮机采用高中压缸联合启动，设置高、低压两级串联旁路系统。高压旁路的容量为40%BMCR（锅炉最大出力），容量的选取仅考虑满足机组启动要求。

目前各制造厂家和设计单位对高压旁路阀出口端和阀后管道材料的选择存在较大的差异，不同的材料的核算应力安全系数（钢材在设计温度下的许用应力与内压折算应力的比值）也存在较大差异。本文主要对各中材料在不同工况下应力核算安全系进行分析。

本文中涉及以下三个重要技术规范： 1、

火力发电厂汽水管道应力计算技术规程（DL/T 5366-2006），下

文简称应规。

2、 管规。

3、

电厂动力管道设计规范（GB 50764-2012），下文简称动规。 火力发电厂汽水管道设计技术规定(DL/T5054-1996)，下文简称

一、高压旁路阀、阀后混温段管道设计应遵循的原则：?

1、 度

2、

符合管规和动规中对减温装置后的蒸汽管道设计温度的规定,即高管规和动规中规定设计温度系指管道运行中内部介质的最高工作温

压旁路阀后混温段管道材料应按减温装置出口蒸汽的最高工作温度选取。减温装

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置出口为混合段出口，其最高工作温度即为减温装置设定减温后的温度

3、

汽机高压旁路阀为减压减温一体结构,其出口段设计温度的选取原

则上按上述管规和动规中关于“减温装置后的蒸汽管道”的规定选取，应考虑再热冷段的设计温度以及厂家对高旁出口段的要求。同时应按高旁阀的不同功能来考虑：

4、

兼顾启动和运行调节功能的高旁阀。高旁出口管道设计温度应按照

机组运行中高旁阀开启考虑，并配合高旁厂家提供的相关数据选取管道材料。同时应考虑正常运行阀门关闭时阀体传热和运行中阀门开启时主汽参数经喷水减温混合的均匀性。

5、

只具备启动功能的高旁阀。高旁出口管道设计温度仅按照机组各启

动工况开启考虑,并配合高旁厂家提供的相关数据选取材料。同时应考虑正常运行阀门关闭时阀体传热和启动工况阀门开启时主汽参数经喷水减温混合的均匀性。

6、

根据标准规定汽机高压旁路出口段和阀后管道应按主汽参数等焓求

取在冷再设计压力下的相应温度作为设计温度，满足设备在异常工况的强度要求。

二、材料应力核算安全系数和许用应力?

火力发电厂汽水管道应力计算技术规程（DL/T 5366-2006）中明确规定：管道在工作状态下，由内压产生的折算应力不得大于钢材在设计温度下的许用应力，即：

式 中 :

σeq-内压折算应力，MPa; p- 设计压力MPa; D0 -管子外径MM;

S— 管 子 实 测最小壁厚，MM;

Y- - 温 度 对 计算管子壁厚公式的修正系数; η— 许 用 应力 的修正系数;

α— 考 虑 腐 蚀、磨损和机械强度的附加厚度，MM; [σ]t-钢材在设计温度下的许用应力，MPa

管道材料的应力核算安全系数=[σ]t/σeq，则安全系数在设计工况下应＞1。 应规规定钢材的许用应力，应根据钢材的有关强度特性取下列三项中的最小

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值:

式 中 :

σσσ

bs20t

/3-钢材在20℃时的抗拉强度最小值，MPa;

/1.5- 钢材在设计温度下的屈服极限最小值，MPa;

t

s(0.2%)

/1.5- 钢材在设计温度下残余变形为0.2%时的屈服极限最小

值 ， MPa;

σ

Dt

/1.5-钢材在设计温度下10h持久强度平均值，MPa

电厂常用材料的工作温度的许用应力见表一

表一：符合《Power Piping》ASME B31.1-2010 标准部分常用材料的许用应力表

在下列温度（℃）下的许用应力(MPa 标准号 材料 315 343 371 399 427 82.6 454 482 510 78.5 538 53.7 566 35.1 96.4 28.9 35.1 88.8 39.2 SA 672 SA182 SA182 B70CL32 F22CL3 F91 133.6 129.5 124.7 101.9 140.5 139.1 137.8 135.7 132.9 128.8 108.8 163.2 161.2 157.7 152.9 146.7 139.8 131.6 122.6 112.3 147.4 147.4 147.4 147.4 147.4 139.1 94.3 64.0 78.5 43.4 53.7 A691 1-1/4CrCL32 A691 2-1/4CrCL32 A335 A335 P91 P22 140.5 139.1 137.8 135.7 132.9 128.8 108.8 163.2 161.2 157.7 152.9 146.7 139.8 131.6 122.6 112.3 114.3 114.3 114.3 114.3 114.3 114.3 93.7 74.4 55.1 由于SA672B70CL32在427℃没有提供许用应力值，我们在后续计算中采用等比例外延得到相应的计算应力值。 三、高压旁路阀体材料安全系数分析?

华能沁北电厂三期工程参加汽机高低压旁路投标的单位有四家，四家单位对高旁阀入口和阀体设计尺寸材料选用相同，对于出口材料采用不同材料，详细见下表二：

表二：高压旁路设备结构及特性表

名称 质量流量 进口压力 出口压力 单位 t/h MPa（a） MPa（a） 甲 1240 25 5.669 乙 1240 25 5.669 丙 1240 25 5.669 丁 1240 24.9 5.569 27

名称 压差 进口温度 出口温度 入口管径×壁厚 出口管径×壁厚 进口喷嘴材料 阀体材质 出口喷嘴材料 阀座直径 单位 Mpa ℃ ℃ mm mm mm 甲 19.331 600 361.6 ID 260×66 ? 863.6×30 A182 F92 A182 F92 1.7383(F22) 220 乙 25 600 361.6 ID260×66 ?863.6×30 F92 F92 F91 210 丙 19.331 600 361.6 ID260×66 ?863.6×30 1.4901（F92） 1.4901（F92） 1.7383(F22) 216 丁 19.331 600 361.6 ID260X66 OD863.6X30 F92 F92 F91 145.73 四家制造厂家高旁阀本体的出口喷嘴采用两种材料：F91和F22材料。根据应规中应力核算安全系数的计算方法，我们对两种材料不同工况下的安全系数进行了计算。（见下表三）计算按照两种工况考虑，一是正常运行工况，即设计温度382.40℃。二是异常工况，即考虑正常运行阀门内漏时按主汽参数等焓求取在冷再设计压力下的相应设计温度达到530.72℃。

表三：超超临界机组高压旁路阀出口段不同材料不同工况安全系数

参数 主蒸汽压力 主蒸汽温度 高压缸排汽压力 高压缸排汽温度 设计压力 设计温度 外径 壁厚 材质 设计温度许用应力 内压折算应力 安全系数 单位 MPa(a) ℃ MPa(a) ℃ MPa(a) MPa(g) ℃ mm mm MPa MPa 符号 P0 t0 Pgz tgz P t D [σ]t σeq [σ]t/σeq 设计工况 25 600 5.67 361.60 6.52 6.42 382.40 863.60 30 异常工况 25 600 5.67 361.60 6.52 6.42 530.72 863.60 30 设计工况 25 600 5.67 361.60 6.52 6.42 382.40 863.60 30 异常工况 25 600 5.67 361.60 6.52 6.42 530.72 863.60 30 SA182F22CL3 SA182F22CL3 SA182F91 SA182F91 137.27 91.38 1.50 60.15 91.38 0.66 155.75 91.38 1.70 114.98 91.38 1.26 应力校核计算结果显示超超临界机组高压旁路阀出口喷嘴使用F22材料和F91材料在正常设计工况下安全系数分别为1.5、1.7，符合应规要求，并有较大裕量。而在异常工况下，使用F22材料安全系数只有0.66，不符合应规要求；

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使用F91材料安全系数1.26，符合应规要求。

制造厂家高压旁路阀出口喷嘴管径和壁厚相同，但因选用设计温度不同选用材料差异较大，选用低等级材料时阀门存在安全隐患。

目前超临界机组高压旁路阀出口喷嘴均使用F22材料，我们对超临界机组正常和异常工况下使用F22材料的安全系数也进行了计算。（见下表四）超临界机组由于主蒸汽参数较低，异常工况下阀后温度仅为485.89℃。

表四：超临界机组高压旁路阀出口段不同工况安全系数

流体参数 主蒸汽压力 主蒸汽温度 高压缸排汽压力 高压缸排汽温度 设计压力 设计温度 外径 壁厚 材质 设计温度许用应力 内压折算应力 安全系数 单位 MPa(a) ℃ MPa(a) ℃ MPa(a) MPa(g) ℃ mm mm MPa MPa 符号 P0 t0 Pgz tgz P t D [σ]t σeq [σ]t/σeq 设计工况 24.2 566 4.80 异常工况 24.2 566 4.80 322.80 5.52 5.42 339.55 660.40 19 SA182F22CL3 139.27 94.55 1.47 322.80 5.52 5.42 485.89 660.40 19 SA182F22CL3 104.60 94.55 1.11 应力校核计算结果显示超临界机组汽机高压旁路阀出口喷嘴使用F22材料时，在正常设计工况下安全系数1.47，在异常工况下安全系数1.11，均符合应规要求。

从以上分析可以看出，超超临界机组汽机高压旁路出口喷嘴使用F22材料安全系数大幅下降，不能满足应规要求。主要原因是F22材料在454℃温度以上许用应力下降较快。该材料在454℃以下随温度升高许用应力下降值是0.1MP/482℃，在454℃以上许用应力随温度下降值是0.88-1.08MP/℃，随温度变化材料许用应力下降速度加快近10倍。超超临界机组与超临界机组相比压力升高3.2%，温度升高5.7%（34℃），超超临界机组异常工况下高旁后的温度是530.7℃，超临界参数下异常工况下的高压旁路出口段温度仅为485℃。而这个温度区间内恰是F22材料许用应力下降较快的区域（见表一）。

超超临界机组高压旁路阀体出口喷嘴在现有尺寸的情况下只有选用P91材料才能满足安全系数要求。如选用F22材料阀体出口喷嘴壁厚要增加50%。

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四、高压旁路后管道安全系数分析?

目前绝大部分机组设计采用仅具备启动功能的高压旁路系统，旁路阀布置在汽机厂房，高压旁路阀排汽至冷段再热器管道，管道长度大约10-20米。

超超临界机组高压旁路后管道主要采用SA672B70CL32，A691 1-1/4CrCL32 ，A691 2-1/4CrCL32 ，A335P91四种材料，在管道外径和壁厚不变的情况下，我们对四种材料不同工况下的安全系数进行了计算。（见下表五）计算按照两种工况考虑，一是正常运行工况，即设计温度382.40℃。二是异常工况，即考虑正常运行阀门内漏时温度达到530.72℃。

表五：超超临界高压旁路阀后管道不同材料不同工况安全系数

流体参数 材质 主蒸汽压力 主蒸汽温度 高压缸排汽压力 高压缸排汽温度 设计压力 设计工况工作温度 外径 壁厚 内压折算应力 设计工况许用应力 设计工况安全系数 最高工作温度工况 最高工况许用应力 最高工况安全系数 单位 MPa(a) ℃ MPa(a) ℃ MPa(a) MPa(g) ℃ mm mm MPa MPa ℃ MPa 符号 P0 t0 Pgz tgz P t D σeq [σ]t [σ]t/σeq t [σ]t [σ]t/σeq 1 SA672B70CL32 25 600 5.67 361.60 6.52 6.42 382.40 863.60 30 90.73 115.42 1.27 530.72 11.11 0.12 2 A691 1-1/4CrCL32 25 600 5.67 361.60 6.52 6.42 382.40 863.60 30 90.73 147.40 1.625 530.72 48.76 0.54 3 A691 2-1/4CrCL32 25 600 5.67 361.60 6.52 6.42 382.40 863.60 30 90.73 136.95 1.509 530.72 60.15 0.66 4 A335P91 25 600 5.67 361.60 6.52 6.42 382.40 863.60 30 96.28 155.75 1.618 530.72 114.98 1.19 应力校核计算结果显示超超临界机组高旁阀后管道在设计工作温度条件下，采用SA672B70CL32，A691 1-1/4CrCL32 ，A691 2-1/4CrCL32 ，A335P91四种材料安全系数均大于1，最低为SA672B70CL32材料，安全系数1.27；最高为A691 1-1/4CrCL32材料，安全系数1.62。但在异常工况下，只有A335P91材料安全系数为1.19，采用其它材料安全系数均小于1，最低为SA672B70CL32材料，安全系数只有0.12。考虑实际运行工况再热器压力低于设计值，许用应力低于材料屈服极限1.5倍，使用A691 1-1/4CrCL32 ，A691 2-1/4CrCL32在异常运行工况下内压折算应力接近或略大于于材料的屈

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