在電廠通常所說的四大合金鋼管管道指:主蒸汽管道、、再熱熱段蒸汽管道、再熱冷段蒸汽管道及主給水管道。
主蒸汽管道材料選擇:
20#化肥專用管GB6479-2000的局限性
20#化肥專用管GB6479-2000僅由2家鋼鐵公司起草,現已實施14年。隨著社會的發展,暴露出一定局限性,如該標準“表4”注:“熱軋管終軋溫度符合正火溫度時,可以代替正火”,很多鋼管廠憑此省略了20鋼管的正火工藝;又如“表5”中沖擊功采用吸收功較高的U形缺口沖擊數據,而對韌脆轉變敏感的V形缺口沖擊功在4.4.2條款中“不作交貨條件”等。
大量力學性能對比實驗驗證20鋼管不經正火處理會有一定的安全隱患,如江蘇某鋼管廠生產的20(交貨狀態為正火)和日本某公司生產的STS410(交貨狀態為軋態)Ф219mm×35mm做V型、U型缺口沖擊實驗,結果見表4。

注:STS410(日本工業標準JIS G3455-2005之鍋爐用碳素鋼無縫鋼管)與20鋼相似。
表4數據顯示,
1)國產管數據離散性較大,且無論U形缺口還是V形缺口沖擊值都比未經熱處理的日產管低,說明國產管的材料組織和成分不均勻,鋼管未經正火處理;
2)在20℃以下U形缺口較V形缺口沖擊值大的多,只要實驗溫度大于0℃,Aku2就可以滿足20#化肥專用管GB6479-2000標準要求;
3)未正火處理的國產20鋼管和日產STS410鋼管,V形缺口沖擊值拐點(即韌脆轉變溫度)都在10~20℃,而GB/T 20801.3-2006實施之前,普遍采用的“H31-67高壓管、管件及緊固件通用設計技術條件”20鋼管使用溫度為-50~200℃,即便是企業標準ZH100-93的20鋼管最低使用溫度也達-20℃,因此,未經正火處理的20鋼管如果用于低溫環境會有安全隱患。
因此,為保證管道安全使用,提出以下建議:
1)用戶訂購高壓化肥設備用無縫鋼管時應采用GB 6479-2013(該標準于2014年7月1日實施);
2)按20#化肥專用管GB6479-2000生產的鋼管應按爐批抽樣做V形缺口沖擊實驗,如不合格應進行正火處理;
3)管道彎制優先采用熱彎工藝,如用冷彎盡可能在韌脆轉變溫度以上作業且彎后必須進行消除硬化熱處理;
4)在裝卸、運輸、吊裝、檢修過程中應避免彎頭承受較大的沖擊載荷或強行安裝;
5)加強對在用鋼管的管理,做好防護工作,避免外力沖擊,檢修時對彎頭做磁粉或超聲檢測并抽檢厚度和硬度;
6)應避免高壓管道低溫脆變失效,對使用溫度低于0℃的20鋼高壓管道應進行正火處理或直接換用低溫專用鋼管。
原電力部有關部門曾于1994年召開了“九·五”期間火電站管道管件規格化會議,提出了“九·五”期間火電站主要汽水管道規格,其中300MW機組主蒸汽系統主管推薦采用A335--P22合金鋼管。此后國內300Mw機組工程大多照此選用,有關廠家也按A335--P22鋼材管道規格研制開發了配套管件。已投運的300MW機組,如井岡山華能電廠、豐城電廠的主蒸汽管道、再熱蒸汽熱段管道均使用了A335--P22合金鋼管。 A335--P91鋼屬改良型9Cr--1Mo高強度馬氏體耐熱鋼。由于P91鋼材具有高溫強度高、高的抗氧化性能和抗高溫蒸汽腐蝕性能等特點,80年代開始已被英、美、德等國廣泛應用在電站設備上。在1994年電力部火電站管道會議上,西安熱工所和國電公司電力建設研究所曾對P91鋼材性能進行了介紹,會議紀要中也建議有關部門加快進行P91鋼材管道和管件的國產化工作,并建議盡快在300MW~600MW機組上進行試點,以積累經驗。我國從九十年代初開始,逐步使用A335--P91作為電站主蒸汽管道、再熱蒸汽熱段管道的材料,如珞璜電廠、鴨河口電廠、西固熱電廠、楊柳青電廠、邯峰電廠、準格爾電廠等。 P91鋼材比P22強度高,且其強度隨溫度升高下降較少,在20℃時,P91鋼材抗拉強度比P22鋼材高41.6%;在538℃時,P91鋼材的許用應力卻比P22鋼材高83.3%。正是由于P91鋼材在高溫下具有比P22鋼材高得多的許用應力。使得其用作主蒸汽管道時壁厚比采用P22鋼材薄得多。這是P91鋼材在大機組上應用越來越廣泛的主要原因主蒸汽管道采用P91與采用P22鋼材的初步比較,主蒸汽管道采用P22材質時,主管規格為Φ368×82,支管規格為Φ273×62.23;采用P91材質時,主管規格為Φ368.3×40,支管規格為Φ273×30。對比可知,主管道壁厚減薄了42mm,減薄率為51.2%;支管道壁厚減薄了32.23mm,減薄率為51.8%。管道總重大大減少,管道總重比P91/P22=1/2.18。目前,隨市場價格的波動,兩種合金鋼管單位重量價格比P91/P22約為1.4~1.95,由于管道總重減少的數量超出了價格增長的影響,因此,主蒸汽管道采用P91是經濟的。按照2002年火電工程限額設計中價格,P91鋼材單價為49000元/t,P22鋼材單價為34808元/t,本工程主蒸汽管道約為180m,采用P91鋼材后鋼管總重減少約90t,費用減少約204.7萬元。 另外,因管道壁厚較薄,管道對設備接口的推力和力矩可以減小。同時,由于減輕了管道重量,支吊架荷重相應減小。不但節省支吊架造價,相應的管道安裝費用、土建費用也會節省。
再熱蒸汽熱段管道合金鋼管選擇:
再熱熱段管道屬于大管徑薄壁管,如果采用P91合金鋼管,本就較薄的壁厚就會更薄。由于計算管壁太薄,從安全角度出發,壁厚的實際取值比計算值要大許多,這樣一來,與P22進行綜合比較,采用P91合金鋼管經濟性較差。再熱熱段管道采用P22材質時,主管規格為Φ635×31,支管規格為Φ508×24.8;采用P91材質時,主管規格為Φ727.96×21.03,支管規格為Φ632.97×17.98.對比可知,主管道壁厚
再熱蒸汽冷段管道合金鋼管選擇:
原電力部有關部門“九·五”期間火電站管道管件規格化會議提出,根據300MW機組使用的經驗,再熱蒸汽冷段采用A672B70CL32電熔焊鋼管替代A106B無縫鋼管,同樣可滿足技術要求。冷段主管采用A672B70CL32有縫鋼替代A106B無縫鋼管。有縫焊接鋼管比A106B無縫鋼管便宜很多,為無縫鋼管的1/3左右。有縫焊接鋼管的壁厚偏差小于無縫鋼管,其質量不亞于無縫鋼管。
高壓給水管道合金鋼管選擇:
高壓給水管道通常使用St4518/Ⅲ合金鋼管,本工程優化為15NiCuMoNb5.主管道規格由Φ406.4×50改為Φ355.6×25,支管道規格由Φ298.6×36改為Φ244.5×20.15NiCuMoNb5與St4518/Ⅲ的彈性模數及線膨脹系數十分相近,但15NiCuMoNb5的許用應力遠大于St4518/Ⅲ,因此,高壓給水管道采用15NiCuMoNb5時,管道壁厚可以減薄50%,管道本身金屬及支吊架材料用量可大為節約,經濟上更合理,可以有效的降低工程造價。因此高壓給水管道合金鋼管采用15NiCuMoNb5。20#化肥專用管GB6479-2000的局限性
20#化肥專用管GB6479-2000僅由2家鋼鐵公司起草,現已實施14年。隨著社會的發展,暴露出一定局限性,如該標準“表4”注:“熱軋管終軋溫度符合正火溫度時,可以代替正火”,很多鋼管廠憑此省略了20鋼管的正火工藝;又如“表5”中沖擊功采用吸收功較高的U形缺口沖擊數據,而對韌脆轉變敏感的V形缺口沖擊功在4.4.2條款中“不作交貨條件”等。
大量力學性能對比實驗驗證20鋼管不經正火處理會有一定的安全隱患,如江蘇某鋼管廠生產的20(交貨狀態為正火)和日本某公司生產的STS410(交貨狀態為軋態)Ф219mm×35mm做V型、U型缺口沖擊實驗,結果見表4。

注:STS410(日本工業標準JIS G3455-2005之鍋爐用碳素鋼無縫鋼管)與20鋼相似。
表4數據顯示,
1)國產管數據離散性較大,且無論U形缺口還是V形缺口沖擊值都比未經熱處理的日產管低,說明國產管的材料組織和成分不均勻,鋼管未經正火處理;
2)在20℃以下U形缺口較V形缺口沖擊值大的多,只要實驗溫度大于0℃,Aku2就可以滿足20#化肥專用管GB6479-2000標準要求;GB9948-2013石油裂化無縫鋼管與GB/T8163-2008流體無縫鋼管區別
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主要內容 標準
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GB/T8163-2008(流體管)
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GB9948-2013(石油裂化管)
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尺寸允許偏差
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熱軋管D±1%,S為-12.5%到+15%;冷管和較高級見標準.
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熱軋管D±1%,S≤20mm為±12.5%,S>20mm為±10%;其它冷管見標準.
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長度要求
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通常長度:熱軋管3000-12000mm,冷管3000-10500mm。
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通常長度:4000-12000mm。
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牌號(鋼級)
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常用10、20、Q295、Q345。
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10、20、12CrMo、15CrMo等,其它見標準。
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交貨狀態
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熱軋或熱處理狀態交貨。
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按標準規定的熱處理制度進行熱處理后交貨。
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力學性能
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20鋼 抗拉強度410-550MPa,屈服強度≥235-245MPa;其它見標準。
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20鋼 抗拉強度410-550MPa,屈服強度≥245MPa;其它見標準。
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工藝性能
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壓扁:對于D>22~400mm,且S/D≤10%的鋼管應作壓扁。
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壓扁:對于D>22~400mm的鋼管應作壓扁;擴口:S≤8mm且D≤159mm的優質碳素鋼和不銹鋼鋼管需作擴口。
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無損檢測及液壓試驗
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鋼管應逐根進行液壓試驗,供方可用超聲波探傷、渦流探傷或漏磁探傷代替液壓試驗。
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鋼管應逐根進行液壓試驗,供方可用渦流探傷或超聲波探傷代替液壓試驗;鋼管應逐支進行超聲波檢驗。
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表面質量
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鋼管內外表面不得有裂縫、折疊、軋折、離層、發紋和結疤。
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鋼管內外表面不得有裂縫、折疊、軋折、離層、發紋和結疤;直道允許深度詳見標準。
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3)未正火處理的國產20鋼管和日產STS410鋼管,V形缺口沖擊值拐點(即韌脆轉變溫度)都在10~20℃,而GB/T 20801.3-2006實施之前,普遍采用的“H31-67高壓管、管件及緊固件通用設計技術條件”20鋼管使用溫度為-50~200℃,即便是企業標準ZH100-93的20鋼管最低使用溫度也達-20℃,因此,未經正火處理的20鋼管如果用于低溫環境會有安全隱患。
因此,為保證管道安全使用,提出以下建議:
1)用戶訂購高壓化肥設備用無縫鋼管時應采用GB 6479-2013(該標準于2014年7月1日實施);
2)按20#化肥專用管GB6479-2000生產的鋼管應按爐批抽樣做V形缺口沖擊實驗,如不合格應進行正火處理;
3)管道彎制優先采用熱彎工藝,如用冷彎盡可能在韌脆轉變溫度以上作業且彎后必須進行消除硬化熱處理;
4)在裝卸、運輸、吊裝、檢修過程中應避免彎頭承受較大的沖擊載荷或強行安裝;
5)加強對在用鋼管的管理,做好防護工作,避免外力沖擊,檢修時對彎頭做磁粉或超聲檢測并抽檢厚度和硬度;
6)應避免高壓管道低溫脆變失效,對使用溫度低于0℃的20鋼高壓管道應進行正火處理或直接換用低溫專用鋼管。