超超臨界機組四大管道國產(chǎn)化現(xiàn)狀和質(zhì)量概述_圖文

1、50Electric Power Construction Vol. 33，No. 4，Apr，2012超（超）臨界機組四大管道國產(chǎn)化現(xiàn)狀和質(zhì)量概述肖國華1，王學民2，馬忠于1，田曉1，曹劍鋒1，李益民1（1西安熱工研究院有限公司，西安市，710043；2陜西清水川發(fā)電有限公司，陜西省榆林市，710075）摘要：對超（超）臨界機組用四大管道的國產(chǎn)化現(xiàn)狀和質(zhì)量情況進行了簡要概述，并對四大管道國產(chǎn)化的經(jīng)濟效益進行了分析。國內(nèi)已有多家企業(yè)具備了四大管道的生產(chǎn)能力，國產(chǎn)四大管道已能滿足相關(guān)標準要求，并已在國內(nèi)多家電廠投入使用。關(guān)鍵詞：超（超）臨界；四大管道；國產(chǎn)化Status of Localizat

2、ion and Quality for Four Major Pipes inUltra supercritical UnitsXIAO Guohua 1，WANG Xuemin 2，MA Zhongyu 1，TIAN Xiao 1，CAO Jianfeng 1，LI Yimin 1（1Xian Thermal Power Research Institute Co，Ltd，Xian 710043，China ；2Shannxi Qingshuichuan Power Plant Co，Ltd，Yulin 710075，Shannxi Province ，China ）ABSTRACT ：In

3、 this paper ，the status of localization situation and quality for four major pipes in ultra supercritical units were briefly discussed ，and the economic benefit of localization for four major pipes also was studiedThe result shows that there are many domestic manufacturers having the ability to prod

4、uce four major pipes ，which have met the related standards and put into use in several power plantsKEYWORDS ：ultra supercritical ；four major pipes ；localization中圖分類號：TM 621. 7文獻標志碼：A文章編號：10007229（2012）04005004doi ：10. 3969/jissn . 10007229. 2012. 04. 0130引言隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，國內(nèi)對能源的需求不斷增加，同時，環(huán)保要求也不斷提高。國內(nèi)現(xiàn)有的能源

5、結(jié)構(gòu)決定了以燃煤發(fā)電為主的火力發(fā)電格局在很長一段時間內(nèi)不會改變，因此發(fā)展大容量、高參數(shù)機組，特別是超超臨界機組將是一個必然趨勢，可提高發(fā)電效率、節(jié)約一次能源、改善環(huán)境、降低發(fā)電成本。截至2009年底，我國運行中的1000MW 超超臨界機組已有21臺，在建的1000MW 超超臨界機組12臺，我國已成為世界上擁有超超臨界機組最多的國家1?；痣姍C組四大管道指主蒸汽管道、高溫再熱蒸汽管道（熱段）、低溫再熱蒸汽管道（冷段）和高壓給水管道。四大管道造價占項目總投資的5% 8%。四大管道長期依賴進口，價格、工期進度等因素往往受到制約。2005年開始，國內(nèi)多家企業(yè)開始了四大管道的國產(chǎn)化工作，國產(chǎn)P91鋼最初是

6、供給鍋爐廠做鍋爐管道用，之后逐漸開始用于主蒸汽管道和高溫聯(lián)箱。1四大管道國內(nèi)生產(chǎn)情況1. 1P91鋼管P91鋼是用V 、Nb 元素進行微合金化并控制N 元素含量的鐵素體鋼，具有較高的高溫強度、優(yōu)良的抗氧化性能和良好的工藝性能，在大型超臨界火電機組上得到廣泛應用，并有20多年的運行經(jīng)驗，是比較成熟的耐熱鋼種。為滿足國內(nèi)建設超超臨界機組的需要，國家在“八五”期間就開始推進P91鋼的國產(chǎn)化工作，攀鋼集團成都無縫鋼管廠（以下簡稱攀成鋼）、上海寶鋼鋼管公司均生產(chǎn)過P91鋼管。目前，國內(nèi)能夠生產(chǎn)P91鋼管的企業(yè)主要有6家，分別是北方重工集團有限公司、武漢重工鑄鍛有限責任公司、攀成鋼、揚州誠德鋼管有限公司、

7、衡陽華菱鋼管有限公司和四川三洲特種鋼管有限公司。各家采購鋼坯來源和生產(chǎn)工藝如表1所示。北方重工采用的是電爐冶煉+LF 爐外精煉+VD 真空除氣生產(chǎn)流程。生產(chǎn)厚壁P91無縫鋼管，早期采用的是鍛造鏜孔的工藝，材料利用率較低；后期投產(chǎn)的36000t 垂直擠壓機，是目前世界上最大的垂 Electric Power Construction Vol. 33，No. 4，Apr，201251表1國內(nèi)主要P91鋼管生產(chǎn)企業(yè)Tab. 1Main manufacturers of P91steel pipes in China直擠壓機，超越了美國威曼高登的35000t 垂直擠壓機，現(xiàn)在北方重工已可以用垂直擠壓工

8、藝生產(chǎn)厚壁無縫鋼管。采用擠壓工藝生產(chǎn)的無縫鋼管在擠壓過程中處于三向壓應力狀態(tài)，工件組織致密；適合加工難變形金屬材料，可生產(chǎn)雙金屬材料和異性截面鋼管；尺寸和形狀精度高，材料利用率高，工藝流程短。北方重工P91鋼管已向華能平?jīng)?、營口、濟寧、白楊河等電廠供貨。武漢重工的鋼管生產(chǎn)線于1995年底建成，并正式開始規(guī)模生產(chǎn)，設計生產(chǎn)能力為20000t /a，制管工藝采用穿孔拉伸法，與日本住友、德國VM 公司工藝相近。武漢重工可以生產(chǎn)口徑較大、壁厚較薄的P91無縫鋼管，管徑最大為ID 914mm 38mm 。攀成鋼是國內(nèi)最早開展P91國產(chǎn)化工作的企業(yè)，采用皮爾格周期式軋制工藝生產(chǎn)鋼管，其產(chǎn)品已向華能營口、白

9、楊河電廠供貨。1. 2P92鋼管北方重工已完成了P92鋼管的試制工作，擬向華能南通電廠1000MW 超超臨界機組四大管道國產(chǎn)化示范工程供貨。揚州誠德也完成了P92鋼管的試制工作，性能評定試驗正在進行中。1. 3WB36鋼管WB36鋼是在碳錳鋼的基礎上添加Ni 、Cu 、Mo 等合金元素形成的，使用溫度為350 400 ，是超臨界機組主給水管道的首選材料。石洞口二期工程600MW 超臨界機組首次引進了WB36管道，用作水冷壁集箱、對流管等部件，使用溫度為465 ，最高壓力為31. 2MPa 2。上述國內(nèi)鋼管生產(chǎn)企業(yè)都可生產(chǎn)WB36鋼管，其中攀成鋼于1993年開始研制WB36無縫鋼管，采用工藝為電

10、弧爐冶煉+ERS 精煉+周期軋制+正火回火，其產(chǎn)品已應用于華能平?jīng)?、營口、濟寧、白楊河電廠；武漢重工的產(chǎn)品已應用于華能平?jīng)鲭姀S。2國產(chǎn)管件質(zhì)量概況四大管道國產(chǎn)化初期出現(xiàn)了較多的質(zhì)量問題，主要表現(xiàn)為化學成分不滿足標準要求，金相組織不合格，屈服強度和抗拉強度偏低等。經(jīng)過不斷地探索和工藝調(diào)整，目前國產(chǎn)四大管道已基本上滿足相關(guān)標準和規(guī)范的要求，在某些指標上甚至優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。表2為國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的國產(chǎn)P91管道的化學成分比較。P91鋼C 含量低而N 含量高，同時Al 含量也有限制，因此冶煉時的脫氧受到限制，導致氣體含量增加，冶煉問題較多。過高的N 含量會形成氮化物夾雜，Al 、Ti 在鋼中會和N 形成

11、AlN 、TiN 硬質(zhì)相，對材料塑性不利；S 元素會弱化晶界并導致蠕變脆化，嚴重削弱P91鋼的高溫持久強度和蠕變性能，因此冶煉過程中應注意N 元素的合金化和雜質(zhì)元素S 、P 的去除，同時應嚴格控制脫氧Al 量，嚴格控制弱化晶界的五害元素含量。由表2可知，各廠家在化學成分控制上，基本都能滿足ASME 規(guī)范要求。在C 、S 、P 元素的控制上，北方重工和武漢重工做得較好3-6。表2國產(chǎn)P91鋼管化學成分比較Tab. 2Comparison of chemical composition ondomestic P91steel pipe%WB36鋼中添加Nb 元素使晶粒細化，并通過Cu 析出物進行沉

12、淀強化，為避免在熱加工過程中出現(xiàn)脆性，需將Cu /Ni比大致控制在1/27。表3給出了幾家國產(chǎn)WB36鋼管的化學成分比較，各家企業(yè)生產(chǎn)的WB36鋼管化學成分基本滿足EN102162技術(shù)條件要求。攀成鋼將Cr 含量控制得較低（0. 1%），其余幾家企業(yè)包括德國的VM 公司，Cr 含量一般在0. 2% 0. 3%，而EN 標準只對Cr 含量上限進行了規(guī)定，并未規(guī)定下限。對國產(chǎn)鋼管進行室溫拉伸性能和沖擊功比較，數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。由表4可知，國產(chǎn)P91鋼管基本都能滿足ASME 規(guī)范要求；國產(chǎn)WB36鋼管的室溫拉伸性能和沖擊功均能滿足相關(guān)標準要求，但普遍出現(xiàn)抗拉強度靠近下限的情況，因此熱處理工藝仍需改

13、進。 52Electric Power Construction Vol. 33，No. 4，Apr，2012P91鋼管金相組織為回火馬氏體，采取正常熱處理工藝生產(chǎn)的國產(chǎn)管道的金相組織均合格，但應注意以下問題：（1）回火過度（回火溫度過高或回火時間過長）導致形成回火索氏體，板條特征不明顯（圖1），這種組織對于材料的高溫持久性能是有害的；（2）金相組織中鐵素體含量超標，DL /T4382009火力發(fā)電三金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程8規(guī)定，P91材料中鐵素體含量不超過5%，鐵素體會對材料的韌性產(chǎn)生不利影響；（3）不當?shù)臒崽幚砉に囆纬煞闯＝M織，無馬氏體組織形態(tài)。圖1P91鋼回火過度后的金相組織（200倍）Fig

14、. 1Over tempered metallographic structure of P91steelWB36鋼管金相組織為貝氏體+鐵素體，其中貝氏體含量不低于40%。熱處理工藝對于鐵素體和貝氏體的相對含量有重要影響，控制不當易出現(xiàn)鐵素體含量超標的情況，從而導致WB36鋼強度偏低9。EN102162004給出的WB36鋼的熱處理工藝為：880 980 正火+580 680 回火，溫度范圍較寬。對于厚壁管道，熱處理過程中要格外注意冷卻速度，冷卻速度過慢會形成大量的鐵素體，導致強度和硬度偏低。在實際生產(chǎn)過程中，對壁厚不同的管道應采取不同的冷卻方式（空冷、風冷或霧冷）。圖2是國內(nèi)外WB36管道的

15、典型金相照片?？梢?，與國外管相比，國產(chǎn)管金相組織中鐵素體含量偏多，組織均勻性也稍差。圖2國內(nèi)外WB36鋼管金相組織比較（200倍）Fig. 2Comparison of metallographic structure of WB36steel pipe between Domestic and foreign manufacturers總的來說，國產(chǎn)管的化學成分、室溫力學性能、金相組織等基本符合相關(guān)標準要求，但部分國產(chǎn)管的高溫蠕變持久性能還存在一些問題，比如某廠生產(chǎn)的P91鋼管600 下10萬h 的持久強度外推值為89. 4MPa ，低于規(guī)范的推薦值（93MPa ）。國產(chǎn)管還存在金相組織異常

16、、晶粒不均勻、室溫力學性能不穩(wěn)定、管材表面缺陷等問題。國產(chǎn)管在批量生產(chǎn)階段經(jīng)常出現(xiàn)質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，這與生產(chǎn)過程中的工藝執(zhí)行和質(zhì)量控制有一定的關(guān)系。為保證國產(chǎn)管道的質(zhì)量，一方面，需要生產(chǎn)廠家加強質(zhì)量管理；另一方面，可委托獨立機構(gòu)進行管道生產(chǎn)階段的監(jiān)造。Electric Power Construction Vol. 33，No. 4，Apr，2012533四大管道國產(chǎn)化經(jīng)濟效益分析四大管道國產(chǎn)化帶來的經(jīng)濟效益是明顯的，經(jīng)過與同期威曼高登、曼內(nèi)斯曼、日本住友等國外產(chǎn)品報價綜合比較，首批應用國產(chǎn)管材的8臺機組（分別應用于華能營口、平?jīng)?、濟寧、白楊河電廠），可降低成本8000 10000萬元。以華能

17、平?jīng)鲭姀S2 600MW 機組（國產(chǎn)管道）和中國水電集團崇信電廠2 600MW 機組（進口管道）為例，同參數(shù)（25. 4MPa /576 ）同規(guī)格的主蒸汽主管ID431. 8mm 77mm ，美國威曼高登比北方重工價格高出29. 16%；同參數(shù)主蒸汽支管ID304. 8mm 56mm ，美國威曼高登比北方重工價格高出57. 73%。華能平?jīng)鲭姀S主蒸汽管道總長（主管235m ，支管165m ）比中水崇信電廠（主管228m ，支管166m ）長6m （主管長7m ，支管短1m ），平?jīng)鲭姀S主蒸汽管道造價仍比崇信電廠低約1千萬元。隨著國產(chǎn)管材的成功應用，國外產(chǎn)品價格一路走低。日本住友A335P91規(guī)格

18、ID747mm 45mm 鋼管，2009年4月價格為109500元/t，至2009年11月降為47000元/t，降幅超過57%。德國VMWB36鋼管，2008年9月規(guī)格OD660mm 70mm 價格為85000元/t，2009年7月規(guī)格OD762mm 80mm 價格為39000元/t，可以看出在10個月中德國VMWB36鋼管降幅達到54%。4結(jié)語國內(nèi)目前已有多家企業(yè)具備了四大管道的生產(chǎn)能力，產(chǎn)品質(zhì)量已能滿足相關(guān)標準要求，國產(chǎn)四大管道已在國內(nèi)多家電廠投入使用，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。推動四大管道和電站金屬材料的國產(chǎn)化，對于有效降低機組造價成本、振興民族制造業(yè)都具有重要意義。5參考文獻1楊富超超臨界機組管道及管件國產(chǎn)化的現(xiàn)狀和展望C /超超臨界機組管道管件國產(chǎn)化會議論文集，天津：中國電機工程學會，2010：1-62郭元蓉WB36鋼熱軋無縫鋼管的研制J 鋼管，2000（8）：6-83華能平?jīng)鲭姀S二期2 600MW 機組四大管道監(jiān)造技術(shù)報告R 西安：西安熱工研究院有限公司，20104華能營口熱電廠2 330MW 新建機組四大管道監(jiān)造技術(shù)報告R 西安：西安熱工研究院有限公司，20105華能濟寧電廠2 350MW 燃煤機組四大管道監(jiān)