ASTMAGr.P91（简称P91）和12Cr1MoVG是用于9.81MPa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1.1P91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。1.2P91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。1.3P91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。1.4P91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m3/h空分装置，主蒸汽操作压力9.81MPa，操作温度℃，设计压力10.3MPa，设计温度℃，主管DN长度m，支管DN长度m。图1为管道走向图。2.1管道壁厚的对比℃温度下P91的许用应力为MPa（查ASMEB31.3取得），12Cr1MoVG的许用应力为62MPa（查GB取得）。10.3MPa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ASMEB36.10M选取标准系列壁厚，12Cr1MoVG的名义厚度是参照HG/T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92t，12Cr1MoVG管道的质量约为t，管道质量增加了约60.9%。2.2法兰磅级的对比设计压力10.3MPa，设计温度℃的参数，管道材质选用AGr.P91，法兰材质选用对应的锻件AGr.F91，查询ASMEB16.5可知，法兰需选用CL。设计压力10.3MPa，设计温度℃的参数，管道材质选用12Cr1MoVG，法兰材质选用对应的锻件12Cr1MoV（NB/T），查询SH/T可知，法兰需选用CL。从表6中可见，选用12Cr1MoVG，不仅法兰的磅级由CL升为CL，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DN的法兰6片，DN的闸阀4台。P91材质的法兰和阀门质量合计约为9.2t，12Cr1MoVG材质的法兰和阀门质量合计约为16.2t，质量增加了约76.1%。经咨询有业绩的阀门生产厂家，P91材质、CL、DN一台闸阀价格约为39.4万元，12Cr1MoVG材质、CL、DN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CAESARII（）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，参照壁厚的增加比例，可以判断安装周期大约增加50%左右。安装周期的增加，必然引起安装费用、投资费用的增加。2.5管道支架及土建基础的对比由于P91和12Cr1MoVG的壁厚差别、法兰磅级不同，选用12Cr1MoVG会引起管道、管件、法兰和阀门的质量增加，大约增加60%~80%，从而引起管架和土建结构的投资费用增加。根据2.3节的计算结果可知，选用P91时，该管系管廊上的固定点推力为N；选用12Cr1MoVG时，该管系管廊上的固定点推力为N。固定点的推力增加了73.4%，直接导致的结果就是管架及管廊土建基础增大、投资费用增加。2.6管道压降及流速的对比该项目为两套m3/h空分，单套空分高压过热蒸汽的最大消耗量为t/h，两套空分高压过热蒸汽的最大消耗量为t/h。经过工艺专业工程师核算，管径不变的情况下，选用P91和12Cr1MoVG材质在不同管径下的介质流速和百米压降见表9和表10。由表9和表10可知，9.81MPa过热蒸汽管道材质选用12Cr1MoVG比选用P91时，支管路（DN）和主管路（DN）的百米压降都增加了约75%。管道壁厚减薄，同样外径的管道通径变大，管线的压降损失减少；管道壁厚减薄，管道应力减小，可以适当减小管线上的π型补偿器，缩短管线，从而更加减少管线的压降损失。主蒸汽管线必须保证汽轮机入口压力在允许范围之内，管道的压降损失减少，汽轮机入口压力就会增加，从而提高汽轮机效率，降低能量消耗，节约运行费用。2.7采购费用及难易程度的对比经调研，国产P91和12Cr1MoVG的质量良好，P91单价约为2.9万元/t，12Cr1MoVG单价约为1.6万元/t。目前P91国内原材料的冶炼方法为电炉+炉外精炼或氧气转炉+炉外精炼冶炼，严格控制钢材中的合金元素，保证材料的力学性能。钢管使用的管坯为锻坯或电渣坯，不允许使用连铸坯；无缝钢管采用挤压或锻造镗孔加工工艺，不允许使用热扩加工工艺；通过坯料和加工工艺，严格控制钢管的工艺性能及金相组织。国产P91满足ASTMA的标准要求，完全可以替代进口产品。国内可以生产高质量P91钢管的厂家有3~4家，采购合格的国产P91钢管比较容易。综合2.1~2.7节的费用，对比详见表11。由表11可知，P91的部分费用比12Cr1MoVG多了30.3万元，大约7.5%，差距较小。如果考虑管架费用、土建费用、施工安装周期及汽轮机能耗等因素，P91的综合造价将会低于12Cr1MoVG。由于缺少具体的施工费用及运行费用，无法详细地对比P91与12Cr1MoVG工程造价费用，在此借鉴某公司做的一个调查研究，可以一定程度上反映出两种材质的综合造价费用对比。该公司曾根据某项目做过一个详细的测算，综合考虑管子管件（壁厚）、法兰（磅级）、管道支架和土建基础、施工安装周期、探伤和热处理周期、汽轮机能耗、后期维护等，一套65kt/a规模的空分，主蒸汽使用国产P91比使用12Cr1MoVG，综合造价费用可以节省约万元。3结论经过综合分析对比P91与12Cr1MoVG材质的机械物理性能及经济性能，9.81MPa过热蒸汽使用P91材质明显优于12Cr1MoVG。虽然P91每吨单价高于12Cr1MoVG，但其材料用量少、安装费用低、管架和土建费用少等，不仅能降低工程造价，同时可以减少工程量，降低施工难度，缩短工程建设周期，提高管线使用稳定性及使用寿命。本文中的某项目空分装置，经过对比，业主最终选取了P91材质，采购国内产品，供货周期短，现场施工难度低，施工过程非常顺利。目前该项目已开车投产，业主反馈高压过热蒸汽管线运行良好，在其即将进行的二期项目中也将继续使用P91材质。综上所述，9.81MPa过热蒸汽介质的管道材质推荐优先选用P91。

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