超超臨界機組儀表導管及儀表閥門的配置設計特點分析

王偉 霍明鑫 王浩華

摘 要：隨著現代化科技以及信息化技術的飛速發展，超超臨界機組得到了越來越多的重視，特別是那些百萬級超超臨界機組，由于儀表導管以及儀表閥門是其中最為重要的組成部分，這也對儀表導管與儀表閥門的配置工作提出了更高的要求。因此，文章首先對超超臨界機組的基本概述加以明確;在此基礎上，提出超超臨界機組中儀表導管以及儀表閥門的配置工作，以求能夠穩步提升超超臨界機組的工作效率以及工作質量。

關鍵詞：超超臨界機組;儀表導管;儀表閥門;配置設計

0 引言

超超臨界機組作為一種全新的技術，其在工作過程中會產生十分巨大的壓力以及溫度，如果不能保證其內部儀表導管以及儀表閥門的穩定程度，甚至還會造成極其嚴重的安全問題。因此，在儀表閥門以及儀表導管的配置方面，必須要采取穩定的材質，保證超超臨界機組能夠安全運行。

1 超超臨界機組的基本概述

在超超臨界機組之中，儀表導管與儀表閥門是其中最為關鍵的組成部分，其差壓法測量液位、汽水成分分析以及節流法流量測量等方面，都需要在儀表閥門以及儀表導管的基礎上加以實現。而在測量工作中涉及到的導管、閥門以及取源部件等，基本上都要與溫度以及壓力較高的介質展開直接接觸，這就需要對壁厚、結構形式以及材料等方面展開更加深入的分析以及研究，使其能夠更好地滿足在壓力以及溫度方面的主要需求，保證超超臨界機組能夠安全、穩定的運轉。

1.1 百萬級超超臨界機組的參數標準

由于我國在百萬級超超臨界機組方面的研究發展才剛剛起步，這也導致相應的參數系列在國家層面并沒有一個穩定的標準，三大動力廠都是將各自從國外引入的技術機組作為標準所在，從而更好地滿足不同用戶在參數要求這方面存在的差異[1]。

1.2 百萬級超超臨界機組的機爐以及工藝管道

目前我國百萬級超超臨界機組內部的主汽管以及各類汽機部件，通常采用的都是質量更高的全新材料，例如奧氏體鋼等，這類新型鋼材的使用溫度甚至能達到650℃。而在耐高溫鋼材的選擇方面，通常情況下采用的都是含銘的合金鋼材，其內部的銘含量越高，合金鋼材的整體強度以及耐高溫性能就會逐漸提升。同時，材料自身的性能方面還與很多客觀因素有著至關重要的關系，在有些時候，還會出現銘含量較高的鋼材料反而使用溫度以及使用范圍更低的情況。

2 超超臨界機組中儀表導管以及儀表閥門的配置

2.1 超超臨界機組中儀表導管的設計

2.1.1 一次門前取壓短管以及導管材質

當前采用的導管材質，使用溫度通常情況下不應超過550℃左右，這就導致超超臨界在600℃以下并不適用。而國內當前應用較為廣泛的不銹鋼材料以及奧氏體不銹鋼，其都能夠滿足600℃的基本需求，但是，由于異型鋼中存在的焊接問題，使得百萬級超超臨界機組中大多不會采用這種材質。因此，必須要遵循與主管道同材質的原則，這樣無論是在焊接角度還是材料耐溫性的角度上來看，都十分合理。在對超超臨界機組中儀表導管的分析中可以看出，其內部的主汽管、熱再熱器官以及出口集箱等高溫部件，通常都會采用進口的耐高溫合金鋼作為主要涉及材質，這種新型合金鋼材主要有P92、P122、P91這幾種型號，而這其中質量以及檔次最高的就是P122合金鋼，其在本質上屬于一種全新的12Cr鋼材。因此，在一次門前導管以及取壓短管中，如果需要采用與主管道統一材質的鋼材，就可以使用P122新型合金鋼材，其不僅能夠滿足600℃的超超臨界參數，還能夠達到不同場合之中的取源需求。

2.1.2 一次門前取壓短管以及導管的規格

一次門前取壓短管以及導管的材質方面，主要是在耐溫能力的角度上進行選擇的，而在導管規格方面，就要站在耐壓力的角度上加以考慮。同一種材料在處于相同溫度的環境下，如果其內部的內徑相同，其壁厚越大，整體最大承受壓力就越高;而壁厚相同的情況下，內徑越小，最大允許壓力就會越大。而導管的內徑，其主要是由運行中的實際經驗所決定的，內徑小，在耗材方面就會相應減少，但測量延遲卻會提升，并且很容易產生堵塞的狀況，而內徑較大則正好相反。充分結合這一主要特點，能夠得出內徑保持在10mm左右作為適宜，就算是超超臨界機組，在沒有特殊要求的情況下，也不能擅自改變內徑。而在一次門前取壓短管以及導管的材料和內徑選擇方面，要重點關注其壁厚是否能滿足高壓力以及高溫度的要求，在壓力、內徑以及溫度相同的情況下，不同材質之間需要的壁厚程度同樣存在差異，產生這一現狀的主要原因就在于材料間的承壓能力以及材料性質存在不同。根據近年來的發展經驗來看，一次門前取壓短管以及導管應當采用小口徑管材，如果在蒸汽壓力不夠高的情況下，也可以采取P93管材。然而，由于考慮到采購工作的各個細節，再加上規格統一原則的影響，通常都會采用P92鋼小口徑管材。

2.1.3 一次門后導管

由于一次門后中的介質，已經得到了充分冷卻，或者一次門后導管已經被各種低溫介質充滿，導致一次門后導管的材質方面，根本無需關注介質自身的溫度。在原則上來看，鋼20同樣能夠作為超超臨界參數中一次門后導管的使用材質。但由于一次門后中的介質溫度很難得到穩定控制，甚至有時會超過鋼20的最大承受溫度，因此，為了保障一次門后導管的安全性以及穩定性，就可以選擇316H的不銹鋼管。

2.2 超超臨界機組儀表閥門的設計

2.2.1 一次門的配置

通常情況下，一次門都會采用串聯門的方式，但卻并沒有相應的國際標準引導，一般都是靠上游部位的一次門處于打開狀態，如果出現緊急情況時才會關閉，而下游部位的一次門則主要用于操作方面，其主要目的就在于能夠保證一個一次門能夠處于關閉狀態，從而提升超超臨界機組儀表閥門的穩定性以及安全性，這就需要在熱再熱系統、給水系統以及主蒸汽系統中采用串聯門方式來設置一次門。在國內超超臨界機組儀表閥門的選擇中，形成了截然不同的兩種意見，分別是工藝閥門以及普通儀表閥門，在經過嚴格的對壁厚，發現工藝閥門相對于普通儀表閥門有著以下幾點主要優勢：一是其設計結構相對較為復雜，其在閥蓋方面通常都是組合式或是多片式結構，使得密封部分在溫度不斷變化的情況下，能夠擁有著一定的調節能力;而是工藝閥門的通經相對較為廣闊，通常都在10mm以上;三是工藝閥門的閥桿長度較長，并且其手輪部位距離主閥體有著較遠距離，便于展開操作;四是工藝閥門的填料使用多，并且有著良好的密封性，與高壓閥門進行對比，其在閥體以及閥蓋之間，一般都會采用密封焊的形勢[2]。

2.2.2 一次門的材質要求

由于所用的不銹鋼材料，一旦在溫度超過600℃時，其就會出現硼化等不良現象。由此可見，閥體自身的材料對于整體儀表閥門的安全運行有著十分重要的影響，這一點在大部分廠商所提供的穩壓曲線以及參數表格中，都已經得到了明顯標注，如果溫度超過600℃，不銹鋼材料內部的壓力就會迅速下降，直至完全歸零。因此，在一次門的材料選型上，必須要選擇那些與工藝流程管道所用材質大致相同的閥體材料，這類材料不僅擁有著良好的耐溫性能，同時也具有著優異的焊接性，如果在主蒸汽管道中選擇的是F92材料，就應當在一次閥門中選擇同樣的F92材料。

2.2.3 排污門的配置

儀表閥門中排污門的設置，應當與一次門的配置基本一致，采取串聯的方式。由于在排污過程中會產生較大的差壓，使得排污門很容易受到各類介質的沖刷，導致其出現磨損現象，所以，為了保證排污門能夠完全閉合，不泄露其中的污染物質，就應當設置起相應的串聯門。上有部位的排污門應當處于一種經常開啟的狀態，只有在必要時才會將其關閉，確保其不會被沖刷。而下游部位的排污門則是以供操作使用，一般采取先關后開的模式。

3 結論

百萬級的超超臨界機組，屬于一種全新技術，其在工作中涉及到了極高的壓力以及溫度。因此，必須要注重器儀表閥門以及儀表導管的設置工作，保證超超臨界機組能夠安全、穩定的運轉。

參考文獻：

[1]華偉，趙洪生.基于ASME標準的超超臨界機組儀表導管設計研究[J].電力勘測設計，2018（02）：49-53.

[2]王愛明，米大利，劉樹洲.某超超臨界機組熱控儀表導管及閥門的設計探討[J].儀器儀表用戶，2017，24（05）：26-28.