过热蒸汽管道材质选择详细对比.docx

过热蒸汽管道材质选择详细对比 ASTM A335 Gr.P91（简称P91）和12Cr1MoVG是用于9.81 MPa 过热蒸汽介质的两种典型管道材质，不同的工程公司及业主对于这两种材质的认识不一致，使用习惯也不一样。本文选取华陆工程科技有限责任公司高永刚、李进良、袁伊汝、郭卫疆的论文，进行比较，相比原文有所删减。 1 材质特性对比 P91与12Cr1MoVG的化学成分由表1 两种材料的化学成分对比表可见，12Cr1MoVG 材质为低合金铬钼钢，其总合金元素含量不超过3%，而P91 材质为高合金钢，其总合金元素含量接近10% ；从合金成分对比，P91 优于12Cr1MoVG，其稳定性好。1.2 P91与12Cr1MoVG的力学性能从表2 中可见，P91 的强度大于12Cr1MoVG，同时P91 的纵向伸长率大于12Cr1MoVG，即P91 的塑性优于12Cr1MoVG。1.3 P91与12Cr1MoVG的许用应力从表3 中可见，P91 在高温下的许用应力是12Cr1MoVG 材质的1.6 ~ 2 倍，管道壁厚与许用应力成反比，温度和压力一定的情况下，P91 的管道壁厚远小于12Cr1MoVG。1.4 P91与12Cr1MoVG的平均线膨胀系数从表4 中可见，P91 在高温下的平均线膨胀系数小于12Cr1MoVG，前者自然补偿所需的管道长度及管系对管架尤其是固定点的热胀推力都会小于后者。 2?经济型与安全性对比某项目为两套65 000 m3/h 空分装置，主蒸汽操作压力9.81 MPa，操作温度540 ℃，设计压力10.3MPa，设计温度545 ℃，主管DN400 长度220 m，支管DN300 长度240 m。图1 为管道走向图。 2.1 管道壁厚的对比545 ℃温度下P91 的许用应力为119 MPa（查ASME B31.3 取得），12Cr1MoVG 的许用应力为62MPa（查GB 50316 取得）。10.3 MPa 压力下根据标准中的计算公式计算后所取的壁厚结果见表5，P91的名义壁厚是按照ASME B36.10M 选取标准系列壁厚，12Cr1MoVG 的名义厚度是参照HG/T 20553 圆整选取壁厚。由于高温下P91 和12Cr1MoVG 的许用应力差别很大，从表5 中可见，其计算厚度相差较大，管道质量也就相差很大。按照管道数量计算，P91管道的质量约为92 t，12Cr1MoVG 管道的质量约为148 t，管道质量增加了约60.9%。2.2 法兰磅级的对比设计压力10.3 MPa，设计温度545 ℃的参数，管道材质选用A335 Gr. P91，法兰材质选用对应的锻件A182 Gr. F91，查询ASME B16.5 ?可知，法兰需选用CL1500。设计压力10.3 MPa，设计温度545 ℃的参数，管道材质选用12Cr1MoVG，法兰材质选用对应的锻件12Cr1MoV（NB/T 47008 ），查询SH/T 3406可知，法兰需选用CL2500。从表6 中可见，选用12Cr1MoVG，不仅法兰的磅级由CL1500 升为CL2500，而且法兰的安全裕量也由21.3% 降为15.4%，法兰的安全性降低较多。法兰磅级升高会引起法兰、阀门的质量增加。该管系设计需要DN300 的法兰6 片，DN300 的闸阀4 台。P91 材质的法兰和阀门质量合计约为9.2 t，12Cr1MoVG 材质的法兰和阀门质量合计约为16.2 t，质量增加了约76.1%。经咨询有业绩的阀门生产厂家，P91 材质、CL1500、DN300 一台闸阀价格约为39.4万元，12Cr1MoVG 材质、CL2500、DN300 一台闸阀价格约为38.6 万元，二者的价格基本一致，但前者的安全性优于后者。2.3 主蒸汽管系应力计算的对比管口载荷的大小、管系的应力水平与管道壁厚有直接关系，壁厚越大，管口载荷和管系应力越难通过。以该管系为例，通过CAESAR II（2017）软件进行应力分析计算，走向一定的前提下，由表7 和表8 的应力分析结果可见，无论是安装工况还是操作工况，使用P91 材质均比使用12Cr1MoVG 管口荷载小且应力水平低。2.4 管道安装费用及安装周期对比管道的安装费用及周期主要取决于管道壁厚。管道壁厚越大，管道的焊接量越大，热处理及无损检测难度越大，所需时间增长，投资费用增加。经咨询施工单位，不考虑施工周期，只考虑焊接的费用，以本项目中的工程量为例，P91 材质约为7.4 万元，12Cr1MoVG 材质约为10.3 万元，费用增加约40%。安装周期施工单位无法提供准确的数值，需要根据具体项目的施工条件、施工机具、施工人员数量等分析判断。由于P91 和12Cr1MoVG 都属于合金钢材质，焊接方法基本相同，施工难度基本一致