隨著我國經濟建設水平的不斷提高和社會主義市場經濟體制的不斷完善，在電力市場中也進行了市場化改革，電廠的利潤空間因為市場競爭機制的引入而被壓縮，如何在市場競爭環境下提高電廠的效益，成為電廠行業面臨的最重要的一個問題，四大管道作為電廠的重要高溫高壓管道，其材料的選擇以及安裝的質量直接影響到火電廠發電機組的運行效率，而且還關系到火電廠的生產安全，本文從管道材料的本質出發，結合火電廠運行過程中的實際，對火力發電廠四大管道材料的選擇及配管進行研究和探討。
火力發電廠四大管道包括：主蒸汽管道、高溫再熱蒸汽管道、低溫再熱蒸汽管道及高壓給水管道。這四大管系統和火力發電機共同組成了火力發電廠的火力發電系統，可以說是除了火力發電機外火力發電廠最重要的設備。本文將對火力發電廠的管道系統建設進行系統闡述。
在火力發電企業，隨著市場化競爭機制的引入和低碳經濟的普及推廣，對管道材料的機械性能和耐高溫性能都提出了更高的要求，而且在火力發電廠的建設過程中，火力發電機所占的資源并不多，反而是與之相配套的四大管道系統的建設在火力發電廠的建設投資中占有相當大的比重，管道的標準化建設不僅可以提高管材的利用率和可靠性，而且可以最大限度的提高工程施工進度，并降低施工建設成本。
目前在火力發電領域常用的管道材料主要有兩種，一種是珠光體耐熱鋼，另一種是高強度馬氏體耐熱鋼。珠光體耐熱鋼是一種鋼含量比較高的耐熱鋼材，主要依靠鋼材自身的耐熱性質保證管道質量，高強度馬氏體耐熱鋼則是一種合金鋼，是專門為火力發電廠的管道系統設計的管道鋼材，在這種合金鋼中含有大量的Cr元素，鋼材的抗氧化能力極強，能夠適應的工作溫度也較珠光體耐熱鋼高，而且高強度馬氏體耐熱鋼，在高溫狀態下的結構強度遠勝于珠光體耐熱鋼。
主蒸汽管道是連接蒸汽輪機和火力發電機的主管道，是將能源燃燒產生的熱能轉化為電能的連接通道，所以在主蒸汽管道中的蒸汽壓力和蒸汽的溫度都極高，對主蒸汽管道的結構強度、耐高溫能力，以及在高溫狀態下的結構強度變化都有嚴格的要求。在改革開放初期，我國的鋼產量極大，但是火電領域用的特種鋼材生產廠家卻極少，而且特種鋼材的質量也一直不如人意，早期的300MW亞臨界機組工程主蒸汽管道多采用A335P22管材，在低溫狀態下這一鋼材的表現較為穩定，但是隨著溫度的升高的鋼材的結構強度就開始出現下降，A335P22鋼材的這一特性就導致了在同等壓力和溫度條件下，要想保證管道的正常運行就需要增加管道壁的厚度，以300MW亞臨界機組為例，如果主管道內徑為368mm采用A335P22時，為了適應機組在最高產能下的高溫和高壓，管道壁的厚度不能小于66mm；
而同等的溫度和壓力下采用最新型的A335P91的話，管道壁的厚度約為36mm。管道壁的薄厚比為1：0.46，管道的總重比為2：1.當前市場條件下兩種管材的價格比為0.8：1，如果一個火力發電廠的建設需要100t管道鋼材，使用新型鋼材就可以減重35t，管材購置費用減少120萬元。在火力發電廠的建設過程中，使用新型管材不僅節約了管道施工成本，隨著管道重量的減輕，相應的建筑結構的承重標準也能夠下調，節約建筑施工成本，而且管道重量的減輕對相應的配套設施的應力作用降低，提高了整個機組運行的穩定性[1]。
相對于主蒸汽管道來說，高溫再熱蒸汽管道承受的壓力并不大，所以在管道建設過程中一般都采用大直徑薄管壁的形式，既保證了高溫蒸汽的通過性，又保證了工程建設的經濟性，但是就管道的管材選擇而言，因為管道內溫度和壓力比較低，如果運用新型的A335P91型管材的話，想達到合理利用的程度，管道壁就需要做的很薄，這就給生產廠家的加工工藝提出過高的要求，而且在管道運行過程中也不利于管道的維護，所以在高溫再熱蒸汽管道這樣的條件下，建議使用A335P22管材，因為用這樣的管材管壁厚度可以適當加厚，對管道的安全性有好處[2]。
從實質上來說低溫再熱蒸汽管道，已經處于整個火力發電系統中的第二回路了，高溫蒸汽在推動汽輪機轉動一次后進入低溫再熱蒸汽管道時，蒸汽的溫度和壓力都已經下降到一個安全的程度，實際上已經不需要考慮蒸汽溫度和蒸汽壓力對管材的影響，只需要考慮管材本身的安全性和抗氧化性就可以了，所以在這一管道上建議使用20號無縫鋼管[3]。
高壓給誰管道是渦輪發電機的主要水入口，因為渦輪發電機的鍋爐部分本身蒸汽壓力極大，給水管道中的水壓力要更大才能將水送入鍋爐中，所以給水管道要考慮的問題并不涉及到高溫問題，只涉及到極大的水壓問題，所以在高壓給水管道的管材選擇上建議使用15NiCu-MoNb5-6-4材料，這一材料就是高壓給水管的主要材料，材料特性就是抗壓性極高，十分適合高壓給水管的工作狀態。
15NiCu-MoNb5-6-4材料不光在抗壓性能上表現出色，而且在經濟性上也有較大優勢，與傳統高壓給水管道的材料20G相比，管材20G與15NiCu-MoNb5-6-4在價格比上約為1：2.6，但是在材料的承壓能力上15NiCu-MoNb5-6-4要優秀很多，與20G面對相同的管道壓力時，管道壁厚度比為58%，管道總重比為1：3，所以在高壓給水管道的選擇上，15NiCu-MoNb5-6-4無論是在管道性能上還是在管道材料的經濟性上都是極佳的選擇[4]。
配合工廠化加工是火力發電廠等工藝復雜的大型企業，在建設過程中必須要考慮的問題，因為火力發電廠這樣的大型企業建設過程中，對所需要的管道管材和相關的管材加工工藝都是要求很高的，其中的很多設備和管材還需要專門定制，所以在火電廠建設的過程中必須要考慮到工廠的加工流程，并結合工廠加工過程和現場施工的要求對管道的實際安裝進行調整。
首先，設計院根據管材供應商所提供的工程管材規范進行管道計算設計，確定最終的管道布置、各個管件及吊架位置，并將完成的設計圖提供給配管廠進行設計，設計圖到配管廠后，配管廠結合自身的技術條件和管道的安裝特點，對管道材料進行分割和焊接設計，將整個管道的基本框架勾畫出來，并且在設計圖上標識出來的支撐點和吊裝點預留相應的支撐、吊裝位置，在需要現場焊接的位置預留接口，一系列設計完成之后。
配管廠將相應的設計圖紙分別發給業主、設計院、施工單位，由這三方面來進行基于自己理解的審查，在這一過程中業主由于是主要出資人，在對配管廠的配管設計圖進行審查時，主要考慮的就是這一配管設計是否符合自身進行管道建設的初衷，是否滿足了設備運行對管道的性能需要；設計院作為工程監理部門是政府安全管理的職能部門，在對配管設計圖的審查中主要是從工程學的角度，對管道的設計和設計相關的管材是否符合國家安全標準，是否能夠保證相關企業的安全生產進行評估；
施工單位因為是整個管道施工過程的承包商，是管道施工的執行者，所以對配管設計圖也是有建議權的，其最關注的就是管道的設計會對現場施工造成的影響，配管設計圖和施工單位自己的施工設計圖有無沖突等等，而業主、設計院和施工單位作為三個行為主體，在整個施工過程中有不同的利益訴求，所以在完成個自對配管設計圖的審查后，還是需要坐在一起進行討論和協商的。直到三方達成妥協形成一個共同的對配管設計圖的建議，配管廠根據建議對圖紙進行修改并獲得三方首肯之后，業主根據最終的配管設計圖進行管材訂貨，由材料供應商將材料發往配管廠進行加工，最終將加工好的成品運到施工現場進行安裝。
配管設計安裝過程是一種系統化操作過程，其設計和安裝的主要依據是設計院提供的圖紙資料，為了避免在施工過程中出現因設計圖紙與實際安裝位置誤差過大而導致的施工問題，設計院在進行圖紙設計的過程中，要充分考慮施工的地形條件，合理的運用施工地形的優勢對施工設計進行優化，由于在管道的定制過程中，管道的上輸水以及熱控點管座都是在工廠生產過程中整體焊接完成的，所以現場施工過程中管道的基座數量和位置相當重要，尤其是不同壓力、溫度的測控點，其設置不僅要考慮火力機組正常運行時的需要，還要考慮機組運行的極限狀況，盡量避免因為施工疏漏而導致的在現場對管道進行開孔焊接的情況。
火力發電廠的建設是關系到國計民生的大事，在建設的過程中要堅持科學性和系統性的指導原則，對四大管道的材料選擇和配管工作要堅持一切從實際出發的原則，結合好火力發電項目的安全性和經濟性，建設好落實好火力發電項目。
[1]李彥萍.霍州電廠主蒸汽管道應力分析及優化設計[D].華北電力大學，2013.
[2]陳劍鳴.三維汽水管道支吊架CAD軟件設計與實現[D].中山大學，2013.
[3]陸建軍.110MW循環流化床機組主要系統及設備選型及優化[D].華北電力大學，2011.
[4]羅喜英.基于循環經濟的資源損失定量化研究[D].中南大學，2012.
