沁北电厂高旁管道爆裂调查分析报告(5)

月 ??年?月 ??年?月 ??年?月 ??年??月 ??年??月 ??年??月 ??年?月 总计时长?合小时数?775.68 709.10 612.53 检修 检修 280.41 754.38 884551.00 687418.00 531490.00 - - 969683.00 123833.00 22634702 6287.4 2270.00 3242.00 564.00 - - 623488.00 11714.00 14524361 4034.5 0.00 0.00 0.00 - - 303914.00 11471.00 13425041 3729.2 0.00 0.00 0.00 - - 187637.00 10796.00 11965574 3323.8 0.00 0.00 0.00 - - 172671.00 0.00 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

标准号 SA 672 SA182 SA182 材料 B70CL32 F22CL3 F91 在下列温度（℃）下的许用应力(MPa 315 343 371 399 427 82.6 454 482 510 78.5 538 53.7 566 35.1 133.6 129.5 124.7 101.9 140.5 139.1 137.8 135.7 132.9 128.8 108.8 163.2 161.2 157.7 152.9 146.7 139.8 131.6 122.6 112.3 96.4 147.4 147.4 147.4 147.4 147.4 139.1 94.3 64.0 78.5 43.4 53.7 28.9 35.1 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 88.8 114.3 114.3 114.3 114.3 114.3 114.3 93.7 74.4 55.1 39.2 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 压差 进口温度 单位 t/h MPa（a） MPa（a） Mpa ℃ 甲 1240 25 5.669 19.331 600 乙 1240 25 5.669 25 600 丙 1240 25 5.669 19.331 600 丁 1240 24.9 5.569 19.331 600 24

名称 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 ℃ mm mm mm 甲 361.6 ID 260×66 乙 361.6 ID260×66 丙 361.6 ID260×66 ?863.6×30 1.4901（F92） 1.4901（F92） 1.7383(F22) 216 丁 361.6 ID260X66 OD863.6X30 F92 F92 F91 145.73 ? 863.6×30 ?863.6×30 A182 F92 A182 F92 1.7383(F22) 220 F92 F92 F91 210 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；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。

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