孙豪杰

火力发电厂主给水管道优化设计

孙豪杰

孙豪杰

中国电力工程顾问集团华北电力设计院工程有限公司

孙豪杰（1982）男，工程师，主要研究方向为火力发电厂运行分析与设计优化。

主给水管道是火力发电厂热力系统中的重要组成部分。主给水管道的布置方式与材料选择的安全性不仅直接影响锅炉的安全运行，对整个热力发电系统的安全运转都至关重要。管道布置方式及材料的机械特性、高温特性也会直接影响电厂机组投资的经济性及运行的可靠性。本文将以常规2×300MW等级机组为例，通过对主给水管道的布置与材料选择进行分析，最终采用性价比较好的材料及布置方式，使电厂投资更经济、运行生产更稳定。

概述

火力发电厂项目投资大，建设周期长，如何降低投资、缩短建设周期、提高机组安全运行稳定性是各集团公司关注的问题。火力发电厂中主给水管道是指锅炉给水泵出口至锅炉省煤器进口的给水管道。通过对主给水管道材料选择及布置形式进行分析和研究，可以降低工程造价、缩短建设周期和提高机组安全运行稳定性，具有重要的研究意义和实际意义。

目前火力发电厂中主给水管道主要选用钢材WB36和DIN17175 st45.8/III，这两种管材在国内已投运的火力发电厂中都有运行业绩且运行良好。通过对不同管材的物理、化学性能进行分析，与实际工程需求相结合，优化主给水管道的选材和管道布置方式是需要解决的问题。

本文对火力发电厂锅炉主给水管道的常用材料进行分析，通过材料对布置形式的影响进行研究和探讨。以300MW等级机组为例，对主给水管道的选材和布置进行优化。

管道材料选择

管道常用材料

（1） 钢材WB36

WB36是属于Cu-Ni-Mo-Nb系低合金高强钢，在DIN标准中称为15NiCuMoNb5，在德国曼内斯曼钢管公司标准中它被称为WB36，在Thyseen Rohrenwerke标准中计为WSB62R，在德国对钢材的分类标准（DIN EN288）中，属于W03组，是热轧细品结构钢类。该钢在国外主要用于大容量机组的给水管道。进入九十年代以后，随着欧洲机组的陆续引进，WB36开始进入我国。

表1 钢材WB36和DIN17175 st45.8/III性能对比表

（2） 钢材DIN17175 st45.8/III

原电力部有关部门于1994年召开的“九·五”期间火电站管道管件规格化会议，提出了“九·五”期间火电站主要汽水管道规格，300MW机组主给水管道推荐采用DIN17175 st45.8/III管材。此后国内300MW机组工程大多照此选用，有关厂家也按DIN17175 st45.8/III钢材管道规格研制开发了配套管件。

材料的性能比较

两种常用钢材具有不同的化学性能和物理性能，将其具体数据列于表1。

从表1中可以看出，WB36钢的P、S含量较低，并含有Ni、Nb、Mo、Cu等多种合金元素，使得其组织性能发生变化，许用应力明显提高，线胀系数略有降低。较高的许用应力能够降低管道设计壁厚，也能够降低相应管件的设计壁厚，这使得管道总重量降低。管道重量降低的直接结果是有效改善了管系支吊架的应力水平。较小的线膨胀系数能够有效降低管系热应力。由此可见，WB36钢材具有更好的物理、化学性能。

管材对管道布置的影响

以常规2×300MW机组主给水管道为例，选用钢材WB36和DIN17175 st45.8/III会对管道的设计和安装产生不同影响，主要有以下几点。

（1）布置方面

主给水管道的配套设备较多，若管道采用WB36钢材，管道的管壁将减薄，重量降低，管道外径减小，更适合管道布置空间有限、需要紧凑布置的情况。

（2）材料量方面

若主给水管道选用WB36钢材，主给水管规格为（φ355.6×25），支管规格为（φ244.5×20）。若主给水管道选用DIN17175 st45.8/III钢材，主给水主管规格为（φ406.4×55），支管规格为（φ298.5×40）。相同布置方式下两种管材的用量存在差异，将其列于表2。

表2 相同布置方式下两种材料用量对比

从表2中可以看出，主给水主管管材采用钢材WB36比采用钢材DIN17175 st45.8/III吨位减少112吨，支管管材吨位减少12.24吨。根据市场价格，采用WB36钢材后的主给水管道主管可节省约68万元，支管可节省约8.9万元，具有显著的经济效益。

（3）管道的保温材料方面

在相同布置形式下，管材WB36比DIN17175 st45.8/III外径小，如表2所示。若要求保温材料厚度相同，采用管材WB36可节省保温材料。

（4）管道的支吊架方面

在相同应力水平下，主给水管道采用管材WB36的管径小，壁厚薄，能够有效降低整个管道系统的重量，从而可以改善管道的支承结构。支吊架的荷重将有所降低，支吊架弹簧、恒吊规格也将减小，连接件、根部用料也可减少，从而节省了支吊架的材料和费用，具有一定的经济效益。

（5）对设备的推力和推力矩方面

在常规300MW机组的设计中，主给水管道的厂家对推力和推力矩的要求较高，特别是给水泵接口，常规管材很难满足这一要求。

采用WB36管材会使管道外径减小、管道壁厚减薄，并使其柔韧性提高，管系对锅炉省煤器接口、高加和给水泵的推力和力矩均有较大幅度的降低，能够满足主给水管道厂家的设计要求。

（6）WB36管材管件配置情况

随着WB36管材在国内电站工程中的应用越来越多，部分管件厂家已经具备了生产WB36钢管件的能力。WB36钢管件的国产化为其在国内工程中的使用提供了基础。

（7）其它方面的影响

1） 采用WB36管材除了能够节省支吊架材料外，支吊架结构荷载也将大幅度减小，锅炉钢架的设计也将简化，能够节省炉钢梁的材料用量，降低支吊架生根处土建混凝土梁的设计荷载，有助于降低建设成本。

2） 采用WB36钢材使管道的重量减少并简化支吊架布置，能够减少管道安装工程量，降低安装费用。

（8）存在的问题

1） 采用WB36管材能够降低主给水管道壁厚，这也使管道的刚性下降，管道支吊架的最大理论间距缩短，将增加总的支吊架数量。

2） 上述材料价格的比较仅考虑进口管材和支吊架材料部分，未考虑由DIN17175 st45.8/III钢材改用WB36钢材后的管件价格增加。

结语

主给水管道的经济性和运行的稳定性是电厂投资和生产的重要标准，因此它的优化一直是各单位非常重视的工作，通过上述材料的比较和对布置形式的影响，最终主给水管材将推荐选用WB36。随着材料和技术的不断发展，主给水的布置和材料选择也将会越来越优化，这也是我们一直不断探索的领域。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.048