一种夹层流体冷却的630℃~650℃的主蒸气管道制造技术

本发明专利技术提供了一种夹层流体冷却的630℃～650℃的主蒸气管道，包括采用奥氏体钢制造的管道内层壁及采用P92钢制造的管道外层壁，管道外层壁同轴设于管道内层壁外侧，管道内层壁和管道外层壁之间形成环形夹层；温度为630℃～650℃、压力为30MPa～40MPa的主蒸气在管道内层壁构成的圆形管道中流动，冷却流体在环形夹层中流动，冷却流体的流动方向与主蒸气的流动方向相反。本发明专利技术采用奥氏体钢与P92钢双层壁以及环形夹层流体冷却的双层壁管道结构替代全部奥氏体钢的单层壁管道，管道内层壁采用少量奥氏体钢制造，管道外层壁采用P92钢，环形夹层流体冷却，大大降低了630℃至650℃主蒸气管道的造价。

A Main Steam Pipeline Cooled by Interlayer Fluid at 630 ~650 Temperature

The invention provides a main steam pipeline cooled by interlayer fluid at 630 ~650 C, including the inner wall of the pipeline made of austenitic steel and the outer wall of the pipeline made of P92 steel. The outer wall of the pipeline is coaxially located on the outer wall of the inner wall of the pipeline, and an annular interlayer is formed between the inner wall of the pipeline and the outer wall of the pipeline; the main steam at 630 ~650 C and the pressure of 30 MPa~40 MPa is in the pipeline. The flow direction of cooling fluid is opposite to that of main steam. The double-wall pipeline structure of austenitic steel and P92 steel and annular sandwich fluid cooling is adopted to replace the single-wall pipeline of all austenitic steel. The inner wall of the pipeline is made of a small amount of austenitic steel, the outer wall of the pipeline is made of P92 steel, and the annular sandwich fluid cooling greatly reduces the cost of the main steam pipeline from 630 C to 650 C.

【技术实现步骤摘要】
一种夹层流体冷却的630℃～650℃的主蒸气管道
本专利技术涉及一种高参数主蒸气管道，尤其涉及一种夹层流体冷却的630℃～650℃的主蒸气管道，属于发电厂热力系统

技术介绍
对于主蒸气温度的范围为630℃～650℃、主蒸气压力的范围为30MPa～40MPa、发电机组功率的范围为660MW～1350MW的主蒸气管道，其工作温度超过620℃。而制造与焊接性能好的P92钢的工作温度的上限为620℃，因此，制造与焊接性能好的P92钢无法在主蒸气温度为630℃～650℃的主蒸气管道上使用。630℃～650℃的主蒸气管道的现有技术方案，是采用奥氏体钢单层壁管道结构。采用奥氏体钢制造630℃～650℃的主蒸气管道，面临的技术难题是奥氏体钢主蒸气管道的制造与焊接的技术难度大，造价昂贵。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是如何降低主蒸气温度为630℃～650℃的主蒸气管道的造价。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供一种夹层流体冷却的630℃～650℃的主蒸气管道，其特征在于：包括采用奥氏体钢制造的管道内层壁及采用P92钢制造的管道外层壁，管道外层壁同轴设于管道内层壁外侧，管道内层壁和管道外层壁之间形成环形夹层；温度为630℃～650℃、压力为30MPa～40MPa的主蒸气在管道内层壁构成的圆形管道中流动，冷却流体在环形夹层中流动，冷却流体的流动方向与主蒸气的流动方向相反。优选地，所述主蒸气管道适用于主蒸气温度范围为630℃～650℃、主蒸气压力范围为30MPa～40MPa、发电机组功率范围为660MW～1350MW的工况。优选地，所述环形夹层内设有非整圈环形垫块；沿环形夹层中心线每隔3m～15m设置一个非整圈环形垫块；每个非整圈环形垫块由2～4个弧形垫块均匀布置于环形夹层内组成，相邻弧形垫块之间设有间隙；弧形垫块由耐高温的非金属保温材料制成，以防止管道内层壁与管道外层壁相接触。优选地，所述非整圈环形垫块的内直径为管道内层壁的外直径，非整圈环形垫块的外直径为管道外层壁的内直径；非整圈环形垫块沿圆周方向的宽度为10mm～50mm，非整圈环形垫块沿轴向的长度为30mm～100mm。优选地，所述管道外层壁的外表面设有保温层，保温层紧贴管道外层壁的外表面设置。更优选地，所述保温层外表面设有保护层，保护层为铝合金薄板或镀锌薄钢板制成，保护层的厚度为0.5mm～1.5mm。优选地，依据管道内层壁内主蒸气流量和主蒸气流速范围为40m/s～60m/s的限制，设计管道内层壁的内直径D1；依据管道内层壁内进口主蒸气温度和管道内层壁的内外压差，确定管道内层壁的厚度，管道内层壁的厚度δ1为5mm～15mm；管道内层壁的外直径D2为：D2＝D1+2δ1；管道外层壁的内直径D3大于管道内层壁的外直径D2，依据环形夹层内冷却流体的流速和流量确定管道外层壁的内直径D3；依据冷却流体的进口压力与出口温度，确定管道外层壁的厚度，管道外层壁的厚度δ2为20mm～80mm；管道外层壁的外直径D4为：D4＝D3+2δ2。优选地，所述管道内层壁内出口蒸气温度为汽轮机超高压缸进口额定主蒸气温度，所述管道内层壁内进口蒸气温度为锅炉末级过热器额定出口温度；已知汽轮机超高压缸进口额定主蒸气温度，采用传热计算方法确定锅炉末级过热器额定出口温度；所述管道内层壁内出口蒸气压力为汽轮机超高压缸进口额定主蒸气压力，所述管道内层壁内进口蒸气压力为锅炉末级过热器额定出口压力，已知汽轮机超高压缸进口额定主蒸气压力，采用管道沿程压损计算公式确定锅炉末级过热器额定出口压力。优选地，所述冷却流体包括但不限于过热蒸气、超临界二氧化碳、氦气。优选地，所述冷却流体由发电厂内部系统或外部系统提供，以一段或多段进入和流出所述环形夹层；所述环形夹层内，冷却流体的进口压力等于或略小于主蒸气压力，冷却流体的流速为5m/s～15m/s，以减小冷却流体的传热系数；冷却流体的流量为主蒸气流量的1％～8％，冷却流体的出口温度不超过620℃。优选地，所述冷却流体采用以下两种方法的其中之一提供：一、冷却流体采用由发电厂内部系统的锅炉提供的过热蒸气，离开环形夹层的过热蒸气，进入与所述过热蒸气温度最相近的锅炉中间过热器；冷却流体所采用的过热蒸气的流量对汽轮机的热耗率没有影响，冷却流体所采用的过热蒸气吸收的热量可以利用；二、冷却流体采用由外部系统提供的超临界二氧化碳或氦气，离开环形夹层的超临界二氧化碳或氦气温度升高，用于驱动二氧化碳透平或氦气透平进行发电。本专利技术提供的装置克服了现有技术的不足，对于主蒸气温度为630℃～650℃、主蒸气压力为30MPa～40MPa的主蒸气管道，采用奥氏体钢与P92钢双层壁以及环形夹层流体冷却的双层壁管道结构替代全部奥氏体钢的单层壁管道，管道内层壁采用少量奥氏体钢制造，管道外层壁采用P92钢，环形夹层流体冷却，大大降低了630℃至650℃主蒸气管道的造价。附图说明图1为本实施例提供的夹层流体冷却的630℃～650℃的主蒸气管道布置示意图；图2为本实施例提供的夹层流体冷却的630℃～650℃的主蒸气管道截面图；图3为非整圈环形垫块横截面示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。某型号1000MW二次再热发电机组，汽轮机超高压缸进口额定主蒸气温度为650℃，额定主蒸气压力为35MPa，主蒸气流量为2889t/h，两根650℃主蒸气管道的布置如图1所示，650℃主蒸气管道1位于锅炉末级过热器2与汽轮机超高压缸3之间，单根主蒸气管道1的流量为1444.5t/h。该主蒸气管道的结构如图2所示，由管道内层壁4、环形夹层5、管道外层壁7、保温层8与保护层9从内到外依次同轴设置组成。其中，环形夹层5内设有非整圈环形垫块6，非整圈环形垫块6的结构如图3所示，由多个弧形垫块均匀布置于环形夹层6内组成，相邻弧形垫块之间设有间隙。管道内层壁4采用Sanicro25奥氏体钢，管道外层壁7采用P92钢。主蒸气在管道内层壁4构成的圆形管道中流动，依据主蒸气流量为1444.5t/h和管道流速的范围为40m/s～60m/s的限制，确定管道内层壁4的内直径D1为315mm，对应的管道流速为54.10m/s。管道内层壁4与管道外层壁7之间的环形夹层5采用流体冷却，冷却流体可以是过热蒸气、超临界二氧化碳、氦气等，但不限于此，也可以采用其他工质作为冷却流体，本实施例中冷却流体是过热蒸气。环形夹层4内冷却流体的流动方向与主蒸气流动方向相反，冷却流体从汽轮机超高压缸3的主汽阀处流向锅炉末级过热器2的出口集箱处。冷却流体由发电厂内部系统或外部系统提供，以一段或多段进入和流出环形夹层5。本实施例中，冷却流体由发电厂内部系统锅炉提供，以一段进入和流出环形夹层5。冷却流体的出口温度不超过620℃，采用传热计算方法确定冷却流体的进口温度为399.2℃。管道内层壁4内的出口蒸气温度为汽轮机超高压缸3进口额定主蒸气温度650℃，管道内层壁4内的进口蒸气温度为锅炉末级过热器2额定出口温度，已知汽轮机超高压缸3进口额定主蒸气温度为650℃，采用传热计算方法确定锅炉末级过热器2额定出口温度为662.8℃。管道内层壁4内的出口蒸气压力为汽轮机超高压缸3进口额定主蒸气压力35MPa，管道内层壁4内的进口蒸气压力为锅炉末级过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种夹层流体冷却的630℃～650℃的主蒸气管道，其特征在于：包括采用奥氏体钢制造的管道内层壁(4)及采用P92钢制造的管道外层壁(7)，管道外层壁(7)同轴设于管道内层壁(4)外侧，管道内层壁(4)和管道外层壁(7)之间形成环形夹层(5)；温度为630℃～650℃、压力为30MPa～40MPa的主蒸气在管道内层壁(4)构成的圆形管道中流动，冷却流体在环形夹层(5)中流动，冷却流体的流动方向与主蒸气的流动方向相反。

【技术特征摘要】
1.一种夹层流体冷却的630℃～650℃的主蒸气管道，其特征在于：包括采用奥氏体钢制造的管道内层壁(4)及采用P92钢制造的管道外层壁(7)，管道外层壁(7)同轴设于管道内层壁(4)外侧，管道内层壁(4)和管道外层壁(7)之间形成环形夹层(5)；温度为630℃～650℃、压力为30MPa～40MPa的主蒸气在管道内层壁(4)构成的圆形管道中流动，冷却流体在环形夹层(5)中流动，冷却流体的流动方向与主蒸气的流动方向相反。2.如权利要求1所述的一种夹层流体冷却的630℃～650℃的主蒸气管道，其特征在于：所述环形夹层(5)内设有非整圈环形垫块(6)；沿环形夹层(5)中心线每隔3m～15m设置一个非整圈环形垫块(6)；每个非整圈环形垫块(6)由2～4个弧形垫块均匀布置于环形夹层(5)内组成，相邻弧形垫块之间设有间隙；弧形垫块由耐高温的非金属保温材料制成。3.如权利要求1或2所述的一种夹层流体冷却的630℃～650℃的主蒸气管道，其特征在于：所述非整圈环形垫块(6)的内直径为管道内层壁(4)的外直径，非整圈环形垫块(6)的外直径为管道外层壁(7)的内直径；非整圈环形垫块(6)沿圆周方向的宽度为10mm～50mm，非整圈环形垫块(6)沿轴向的长度为30mm～100mm。4.如权利要求1所述的一种夹层流体冷却的630℃～650℃的主蒸气管道，其特征在于：所述管道外层壁(7)的外表面设有保温层(8)，保温层(8)紧贴管道外层壁(7)的外表面设置。5.如权利要求4所述的一种夹层流体冷却的630℃～650℃的主蒸气管道，其特征在于：所述保温层(8)外表面设有保护层(9)，保护层(9)为铝合金薄板或镀锌薄钢板制成，保护层(9)的厚度为0.5mm～1.5mm。6.如权利要求1所述的一种夹层流体冷却的630℃～650℃的主蒸气管道，其特征在于：依据管道内层壁(4)内主蒸气流量和主蒸气流速范围为40m/s～60m/s的限制，设计管道内层壁(4)的内直径D1；依据管道内层壁(4)内进口主蒸气温...

【专利技术属性】
技术研发人员：史进渊，徐佳敏，邓志成，赵双群，林润达，王家鋆，
申请(专利权)人：上海发电设备成套设计研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海,31