1000MW超临界火电机组用WB36钢阀门研制

                              随着国内火电机组向着大容量、高参数、高热强材质、高可靠性超临界机组的发展，对火电机组高温高压阀门的技术性能提出了更高的要求。WB36钢是一种新型高强阀门用钢，属Ni2Cu2Mo型低合金钢，DIN标准名称为15NiCuMoNb，由德国Thy2seen钢厂最先研制。由于该钢具有强度高和焊接性能优良的特点，已广泛地应用于1000MW超临界机组的高压给水管路、高压加热器进出口及旁路阀门的制造。与碳素钢相比，其许用应力提高约2倍，阀门壁厚可减少一半。但国内WB36钢制阀门必须从国外进口，价格昂贵。为了改变这种状况，河南开封高压阀门有限公司吸收国外高新技术，成功地研制出了1000MW超临界机组用WB36钢制阀门。2006年10月，河南开封高压阀门有限公司首次为某发电公司生产的1000MW超临界火力发电机组用整体锻钢高压加热器出入口阀、大旁路阀、电动和汽动主给水泵出口阀共9台投入运行，至今情况良好。文中介绍其研制情况。
                                  1 火力发电机组用WB36钢阀门参数
                                 
                              （1）高压给水加热器给水用WB36钢阀门阀门型号和规格：①Z9D60Y450W362300，公称压力45.0MPa，公称直径300mm。②Z9D60Y450W362350，公称压力45.0MPa，公称直径350mm。2种规格阀门的工作温度均为302.4℃，工作压力均为36.3MPa，入口管及出口管尺寸均为ª457mm×47.5mm，旁路管子尺寸ª355.6mm×36mm，管子材料WB36。
                                 
                              （2）电动给水泵及汽动给水泵用WB36材料高温高压锻钢阀门参数阀门型号和规格分别为：①Z9D60Y500W362300，公称压力为50.0MPa，公称直径300mm。②Z9D60Y500W362350，公称压力为50.0MPa，公称直径350mm。2种阀门的工作温度均为302.4℃，工作压力均为40.92MPa，电泵出口管尺寸（入口/出口）为ª355.6mm×45mm/ª35516mm×36mm。汽泵出口管子尺寸（入口/出口）为ª457mm×60mm/ª457mm×47.5mm，管子材料WB36。
                                  2 WB36钢的力学性能
                                 
                              根据德国vd。TUV377规范，WB36钢的金相组织为贝氏体+铁素体（贝氏体质量分数40%～60%），晶粒度7.0。其化学成分为w（C）≤0.17%，w（Mn）=0.80%～1.20%，w（S）≤0.020%，w（P）≤0.025%，w（Si）≤0.25%～0.50%，w（Cr）≤0.30%，w（Mo）=0.25%～0.50%，w（Ni）=1.00%～1.30%，w（Al）≤0.050%，w（Nb）=0.015%～0.045%，w（Cu）=0.50%～0.80%。力学性能为：Rm≥610～780MPa，ReL≥440MPa，A≥20%，Z≥17%，AKV≥27J。按GB/T10561中JK评级图评级，其中A、B、C、D各类非金属夹杂物分别不大于1.5级。
                                 
                              WB36钢锻件的金相组织为贝氏体+铁素体（贝氏体质量分数50%～60%），晶粒度7.0～8.0。锻件的化学成分w（C）=0.14%，w（Mn）=1.09，w（S）=0.016%，w（P）=0.014%，w（Si）=0.40%，w（Cr）=0.05%，w（Mo）=0.36%，w（Ni）=1.28%，w（Al）=0.020%，w（Nb）=0.036%，w（Cu）=0.55%。力学性能：Rm≥662MPa，ReL≥528.5MPa，A=22%，Z=6815%，AKV≥14213J。按GB/T10561中JK评级图评级，其中A、B、C类非金属夹杂物分别为0级，细系D级非金属夹杂物为1.5级，粗系D级非金属夹杂物为0.5级。
                                  3 阀门研制
                                  3.1 阀门的结构特点
                                 
                              WB36钢由德国开发，许多设计所需数据并未公布，强度计算、焊接参数和热处理工艺等数据缺乏，这给WB36钢阀门的研制带来了很大困难。笔者搜集整理近年来国内外相关专业资料，在对其分析研究、验算校核、相互比对的基础上查阅了大量有关KSB、SEMPELL、VELAN等国外公司产品资料，分析归纳数据，参考ASME标准和日本冈野电站阀门的成熟技术，综合有关结构、材料、机加工和焊接等方面的资料，对阀体结构不断进行改进，最终使阀体结构和强度性能更加合理，提高了阀门的安全性和可靠性。
                                 
                              WB36钢阀门研制最关键的是阀体、阀盖、闸板及阀座等承压件的锻造，其数量大，品种多，尺寸大小相差悬殊，质量最大的可达6t，而最小的的仅20kg左右。若进口国外锻件，交货时间长且价格高，直接影响合同交货期。河南开封高压阀门有限公司的技术人员利用国内特钢生产的条件，通过分析阀体三通结构特点，针对WB36生产情况，制定了整套技术路线和技术措施。阀体采用整体自由锻造，与KSB、SEMPELL等国外公司分体锻造后再焊接的方式相比质量更可靠。WB36钢阀门锻造用钢锭采用先进的真空电弧炉生产，锻件最终热处理为960℃正火和640℃回火。
                                 
                              WB36阀门主要结构和特点：①阀体整体自由锻造，强度高，可靠性好，外表光滑美观。②阀门自密封环采用增力型密封环结构，减少了预紧螺栓的预紧力，使中腔自密封更容易实现。③填料采用蝶式增强+编织柔性石墨组合填料，该结构填料预紧力小，能承受的密封压力大，密封性好，不易被挤压溃散。④预紧螺栓和体架连接，螺栓为防剪应力结构，提高了螺栓强度，也便于装配和拆卸。⑤闸板上设计卸压孔。⑥导轨及导轨槽堆焊耐磨材料，保证了阀门快速开、关的耐磨要求。
                                  3.2 无损检测