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1、TPRI西安热工研究院有限公司Thermal Power Research Institute Co., ltd.金陵电厂1000MW超超临界机组P92钢热段管道 壁厚强度问题的讨论1 管道壁厚及应力的计算1.1 计算依据ASME B31.1 “动力管道”及DL/T 5054 “火力发电厂汽水管道设计技术规定”对管道最小壁厚的计算公式是一致的，为：其中：Sm为最小计算壁厚； Di为管道最大内径； t为工作温度下材料的许用应力；为许用应力修正系数，对无缝管=1； a为附加壁厚，对热段管a可取0； Y为温度对壁厚计算的修正系数，对P92热段管取0.7。根据DL/T 5366-2006“火力发电厂汽
2、水管道应力计算技术规程”，管道在内压作用下的折算应力为：其中：eq为内压折算应力； Do为管道外径、S为管道壁厚； Y、a、t同公式（1）。1.2 各计算参数的确定1.2.1 计算温度的确定根据DL/T 5054和DL/T 5366，热段管道计算温度按再热器出口额定温度加上锅炉正常运行时的允许温度偏差（一般按5）考虑，实际计算时参考设计院取值为608。1.2.2 计算压力的确定根据DL/T 5054和DL/T 5366，热段管道计算压力按再热器出口安全阀最低整定压力确定，实际计算中参考设计院取值为7.252MPa。1.2.3 许用应力的确定分别按照表1中ASME CC2179-6的规定值和EC
3、CC给出的蠕变持久试验结果线形插值后取整确定。表1 许用应力的确定ASME CC2179-6ECCC-2005温度(oF/)许用应力(KSI/MPa)温度许用应力MPa1100/593.312/82.760075.31150/621.18.6/59.361066.760870（插值取整）60868（插值取整）1.2.4 管道计算规格的确定壁厚计算中，管道内径按订货规格范围内最大内径考虑，即最小内径+最大内径正偏差（749+3.962mm）。内压折算应力计算中，管道内径按订货规格范围内最大内径考虑、管道壁厚按订货规格范围内最小壁厚考虑（38mm）；同时给出中值内径和壁厚情况的内压折算应力。1.3
4、 计算结果1.3.1 直管最小壁厚计算结果表2 直管最小壁厚计算结果内径mm壁厚mm压力MPa温度许用应力MPa计算壁厚mm备注752.962387.252608.070.040.25ASME CC2179-6752.962387.252608.068.041.48ECCC 2005749387.252608.068.041.26同设计院计算结果1.3.2 已订规格下的内压折算应力计算结果表3 已订规格下的内压折算应力计算结果内径mm壁厚mm压力MPa温度许用应力MPa折算应力MPa备注752.962387.252608.070/6874.02最大内径、最小壁厚情况750.98139.57.2
5、52608.070/6871.11 中值内径、中值壁厚情况2 内压折算应力对应的允许运行温度、安全系数和寿命计算2.1 已订规格下内压折算应力对应的允许运行温度根据ASME CC2179-6和ECCC给出的温度和许用应力（或持久强度）数据，插值计算出已订规格管道的最大内压折算应力对应的温度如表4。即已订规格管道的最大内压折算应力等于该温度下的许用应力。表4 已订规格下内压折算应力对应的允许运行温度已订规格管道的最大内压折算应力（MPa）对应的允许运行温度（）ASME CC2179-6ECCC-200574.02（最大内径、最小壁厚情况）60360171.11（中值内径、中值壁厚情况）60760
6、52.2 已订规格下内压折算应力的105h持久强度安全系数表5 已订规格下内压折算应力对应的105h持久强度安全系数已订规格管道的最大内压折算应力（MPa）对应的105h持久强度安全系数ASME CC2179-6ECCC-200574.02（最大内径、最小壁厚情况）1.421.3871.11（中值内径、中值壁厚情况）1.481.432.3 已订规格下内压折算应力对应的寿命缩减表6 已订规格下内压折算应力对应的蠕变寿命应力（MPa）安全系数蠕变寿命（h）寿命缩减68（ECCC许用应力）1.5100000/74.02（最大内径、最小壁厚情况）1.56100040%71.11（中值内径、中值壁厚情况
7、）1.57900023%注：寿命根据ECCC给出公式计算。以上计算中均认为ID749*38为订货的最小内径和最小壁厚；计算中未考虑配管需要的壁厚裕量。3 讨 论根据计算，金陵热段管道壁厚不能满足ASME CC2179-6和ECCC的要求。较ASME CC2179-6和ECCC要求的最小壁厚分别少了2.3mm和3.5mm（未考虑配管需要的壁厚裕量）。如按设计参数运行，相对于持久强度的安全系数降低为1.42/1.38倍，现应力相对于许用应力均按1.5倍安全系数考虑寿命相对缩减约40%（相对于ECCC要求）。如管道规格无法变更，一般可采取以下两种方式使用：（1）降低参数运行。在管道质量合格前提下，通
8、过对管道安装前细致全面的规格检查，掌握管道实际的最大管径和最小壁厚，以此计算出管道的实际内压折算应力，根据实际应力对照相关标准确定其对应的105h安全运行温度，以该温度作为管道的最高运行温度。已定货规格范围内最大内径和最小壁厚对应的管道的最高运行温度，根据ASME CC2179-6和ECCC分别为603和601；已定货规格范围内中值内径和中值壁厚对应的管道的最高运行温度，根据ASME CC2179-6和ECCC分别为607和605。（2）按设计参数运行，降低安全寿命预期。该情况下，在管道质量合格前提下，应采取以下技术措施，以保证管道安全。a 通过对管道配管前细致全面的规格检查，掌握管道实际的最
9、大管径和最小壁厚，以此计算出管道的实际内压折算应力，按实际应力对照相关标准评估其相应的蠕变寿命；b 在V&M公司常州厂管道表面加工过程中，尽量减少不必要的切削量；c 加强配管、安装质量控制；d 将壁厚较大的管段置于锅炉端、壁厚较小的置于汽机端；对口时尽量匹配口径和壁厚，减小内壁端部削薄量；e 运行中严格控制超温、超压。也可考虑适当降低再热器出口安全阀的整定压力；f 根据实际蠕变寿命，参考相关标准，相应缩短监督检查和评估周期。建议每次检修对监督段进行全面检查，每次A、B级检修对管道进行全面检查（参照DL/T 438 修订报批稿，包括支吊架检验调整，并增加管径检查），约60000h时进行割管常规检
10、查，并根据检查结果确定割管进行蠕变持久试验的时限。同时建议：a 管道到货后，对状态相对较差的原始管进行蠕变持久试验，掌握管道的实际寿命和许用应力情况；b 基建阶段加装管道寿命在线监测系统。无论采取何种方式使用，以下问题还需考虑：（1） 管件的壁厚问题；（2） 管系应力问题。西安热工研究院电站材料技术部西安热工研究院电站建设技术部2008-4-22地址:西安市兴庆路136号 邮编Zip Code: 710032 电话Tel: (86-29) 82102510 传真Fax: (86-29) 83255651Add:136 Xing Qing Road, 710032, Xian, P. R. China 网址Website: 第 1 页
