沁北电厂高旁管道爆裂调查分析报告(6)

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%。 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。

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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服极限，不会立即发生故障。而使用SA672B70CL32材料在异常运行工况下内压折算应力远大于于材料的屈服极限应力，发生事故的风险极大。

超临界机组高压旁路后管道主要采用SA672B70CL32，A691 1-1/4CrCL22 ，A691 2-1/4CrCL221三种材料。在管道外径和壁厚不变情

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况下，我们对超临界机组正常和异常工况下的安全系数也进行了计算。（见下表六）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℃。

表六：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 高压缸排汽温度 设计压力 设计温度 外径 壁厚 内压折算应力 设计温度许用应力 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(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 24.2 566 4.80 2 24.2 566 4.80 3 24.2 566 4.80 SA672B70CL32 A691 1-1/4CrCL22 A691 2-1/4CrCL22 高压缸排汽压力 MPa(a) 322.80 5.52 5.42 339.55 660.40 19 94.01 130.00 1.38 485.89 42.01 0.45 322.80 5.52 5.42 339.55 660.40 19?94.01 147.70 1.57 485.89 90.10 0.96 322.80 5.52 5.42 339.55 660.40 19?94.01 139.27 1.48 485.89 102.58 1.09 应力校核计算结果显示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 2-1/4CrCL32三种材料安全系数均大于1，最低为SA672B70CL32，安全系数1.38；最高为A691 1-1/4CrCL32材料，安全系数1.57。但在异常工况下，只有A691 2-1/4CrCL32材料安全系数为1.09，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0.45。采用A691 1-1/4CrCL32材料在异常工况下内压折算应力接近于材料的许用应力，不会发生故障；采用SA672B70CL32材料，考虑实际运行再热器压力低于设计值，许用应力低于材料屈服应力1.5倍，在异常运行工况下内压折算应力略低于于材料的屈服极限，存在一定安全风险。

超超临界机组和超临界机组由于蒸汽参数的不同，高压旁路阀后管道选取不同材料是安全系数也不同。超超临界机组选取SA672B70CL32材料发生事故的风险极大，而超临界机组使用同样材料风险程度大大降低。 五、高旁阀后混温段管道特性分析?

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超超临界和超临界机组高压旁路阀后管道均有一定长度的混温段，混温段长度由不同的旁路功能和设备混温特性决定。汽机高旁阀减温方式分为以下两种种:1、中心减温方式(图1)，2、周向减温方式(图2)

图1 图2 高压旁路制造厂家无论采用哪种减温方式目的均是实现汽、水在最短距离内充分混合，二次雾化效果最好，雾化距离短，达到良好减温效果。但在一些特殊的工况下如阀门内漏、阀门开度较小时，会出现混合不均匀，阀体和出口管道局部管壁温度与混合后蒸汽温度存在较大温差的情况。考虑此种情况，混温段管道的设计应严格按照管规和动规中减温管道的标准选取设计温度，即应按主汽参数等焓求取在冷再设计压力下的温度作为设计温度，保证设备本质安全。混温段出口管道可以按照汽机冷段管道的标准考虑，选取具有良好焊接性能的材料。制造厂家要求阀门后应装设长度至少为内径5倍的直管段，长度不低于4米；出口温度测定点与高压旁路阀的距离愈远愈好，最短距离不低于4米，测定点不得过分靠近出口管道与再热器冷段的交汇点。出于安全考虑在混温段入口和水平管道也要安装适当的金属壁温测点，在存在较大温差的工况下监视金属温度不超温，防止水平管段因减温水泄漏造成管道上下壁温差超限，对管道和焊缝产生不利的影响。 六、结论：?

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1、汽机高压旁路阀体出口喷嘴和阀后管道要严格按照管规和动规中减温管道的标准选择设计温度，设计温度应按主汽参数等焓求取在冷再设计压力下的相应温度选取。设计温度应按最高温度工况选取。

2、汽机高压旁路阀体出口喷嘴和阀后管道要按照应规依据减温管道的标准核算安全系数大于1，确保设备本质安全。

3、汽机高压旁路阀后管道应安装管道金属壁温测点，监视金属温度，防止壁温超限，确保设备安全。

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