火力發電廠熱控儀表取樣管路布置優化

王宏偉

(中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司, 山西 太原 030001)

火力發電廠熱控儀表取樣管路布置優化

王宏偉

(中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司, 山西 太原 030001)

熱控儀表管路涉及范圍比較廣，安裝工藝要求比較高，整齊美觀的配管工藝可以形成安裝工藝的亮點。由于熱控儀表管路采用小口金屬管，尤其是集中布置管路的走向很關鍵，在施工過程中通常會碰到交叉作業，因此對熱控儀表管路安裝的前期策劃非常重要。根據現場情況，對集中布置的熱控儀表管進行施工二次優化設計，在發電廠建設中選擇合適的導管敷設路徑、優化敷設方式、對電廠節約投資、降低運行損耗有著實際的意義。本文針對北方寒冷地區電廠熱控儀表導管敷設安裝中涉及的安裝工藝和設計方案提出優化，供其他相關工程參考和借鑒。

儀表管路；安裝工藝；前期策劃；二次設計；集中布置

0 引言

在電廠的基建期間，熱控儀表導管和電纜的敷設是熱控施工中的兩大重點，儀表導管敷設和安裝的合理性和安全性直接影響到后期電纜的敷設量和系統讀數的正確性，對電廠的工期和投產發電后的穩定運行起到至關重要的作用。

1 熱控儀表取樣管路的布置優化

1.1 設計優化原則

近幾年，在嚴寒地區，火力發電廠熱控儀表管路設計和施工的質量已嚴重影響到機組試運及投產后的安全運行，設計方案的不合理造成了表管凍裂、讀數不準，以致停爐停機，損失嚴重。比如采用儀表大集中布置方案的電廠，即將鍋爐系統的全部壓力、差壓變送器和開關分區域集中布置于帶有暖氣的變送器小間的方案，由于過分追求變送器、開關布置的集中和美觀，形成各個位置和方向的測點都集中到一起，造成取樣管路過長，短則數十米，長則上百米，有的甚至達到170多米。由于管路偏長，造成測量準確性大大降低，尤其是微負壓的測點基本失去了準確性，同時由于管路過長增加了儀表伴熱電纜和蒸汽伴熱管路的數量，運行十分不經濟。

針對工程所處環境和氣象情況，堅持規程規范的原則，堅持最短路線的原則，堅持檢修維護方便的原則，在嚴寒地區，鍋爐采用半封閉形式的電廠提出在測點附近設置保溫(護)柜的方案，即位置相近的三到五點測點的變送器或開關放置于一面保溫(護)柜中，儀表保溫(護)柜、儀表架均靠近取樣點分片布置。其它輔助系統保溫(護)柜均靠近受控設備布置。此種布置方式減少了取樣管路的敷設長度，以最短的路徑敷設，減少了測量參數的時滯，提高測量儀器的靈敏度。對于全封閉形式的鍋爐，不考慮設置保溫柜，但由于鍋爐為大型設備，考慮到防高空墜物和碰摔，可設保護箱。

1.2 施工流程說明

1.3 變送器、壓力開關、差壓開關的配管

鍋爐房汽水系統、煙風系統變送器、壓力開關、差壓開關等均布置在儀表保溫(護)柜內。汽機房其他區域和中間層及以上變送器、壓力開關、差壓開關均布置在就地儀表架上。安裝后變送器距地面高1.2m，成排安裝時，差壓變送器間距300mm，壓力變送器間距200mm。差壓變送器距底座邊的距離為200mm，壓力變送器距底座邊的距離為100mm。

鍋爐汽水系統、靠近汽機房0米大門區域的汽水系統、及輔助車間室外汽水參數測量儀表等需要伴熱的脈沖管路應采用電伴熱。露天布置的儀控設備應裝設防雨保溫裝置。

1、爐側的變送器、開關布置在保溫(護)柜內，保溫(護)柜按照設計示意圖和操作維護方便、布置整齊合理的原則進行二次設計，分別就近布置在鍋爐房各層平臺上。平臺走欄邊的變送器柜要裝于平臺欄桿外邊。

(1) 鍋爐頂部設置3到5個保溫(護)柜，其內部分別布置過熱器、再熱器以及過熱器、再熱器一、二級減溫水壓力、吹灰壓力等儀表。

(2) 鍋爐分離器附近平臺設置2到3個保溫(護)柜，其內部分別布置分離器儲水罐液位、分離器出壓力及疏水壓力等儀表。

(3) 鍋爐主給水平臺設置2個保溫(護)柜，其內部分別布置主給水流量、鍋爐給水旁路調節閥前后壓力等儀表。

(4) 鍋爐運轉層平臺左右和后部各設置1個保溫(護)柜，其內部分別布置位于運轉層平臺附近的測點。

2、多臺、多型號變送器、開關成排安裝時，若管路方向相同，一般按照對稱布置或同類型相鄰布置的原則安裝；若管路方向不同，先把管路方向相同的變送器相鄰布置，再按照對稱布置或同類型相鄰布置的原則安裝。

(1) 鍋爐房0米可以按照系統，區域將相鄰測點或管路方向相同的儀表成排布置。如煙風系統等

(2) 根據已投運機組的實際運行經驗，由于大部分機組煤倉間位于汽機房與鍋爐房之間，采取全封閉形式，以降低煤粉對環境的污染。其冬季內部溫度已經滿足管路介質正常運行參數，所以建議此處可不設置保溫(護)柜，除氧煤倉間運轉層平臺可按照給煤機臺數成排布置與給煤機臺數相同排的儀表。如圖1所示。

(3) 汽機房中間層可以按照系統，區域將相鄰測點或管路方向相同的儀表成排布置，如給水泵、開閉式水系統儀表成排布置，凝結水系統儀表成排布置、發電機氫油水系統成排布置、真空泵系統成排布置等。

(4) 汽機房中間層平臺可以按照系統大排布置，如主蒸汽壓力、再熱器壓力，調節級壓力成排布置，抽氣壓力儀表成排布置，給水系統儀表成排布置、油系統、加熱系統儀表成排布置。如圖2所示：

3、成排布置變送器管路在底座上方要做成扇形狀，扇形的大小、高度依據底座的變送器數量、底座的寬度確定。如圖2所示。

4、機側變送器除中間層平臺可大集中，其余規劃采用大分散、小集中的原則。其他零星的變送器、開關就近布置在取源測點附近。例如排汽裝置真空測量儀表、潤滑油壓力測量儀表可集中布置于裝置側面。如圖3所示。

5、各輔助生產車間如循環水泵房、鍋爐化學補給水車間、綜合水泵房等壓力、流量儀表采取大分散、小集中的原則，室內就近布置，室外裝入防雨保溫箱，保溫箱在流量井處布置，導管沿工藝管道敷設。

圖1 煤倉間變送器布置Fig. 1 The arrangement of pressure transmitters in coal bunker

圖2 汽機房中間層平臺變送器Fig. 2 The pressure transmitters on intermediate layer of the turbine room

圖3 潤滑油變送器布置Fig. 3 The arrangement of the lubricating oil pressure transmitters

1.4 儀表取樣管路敷設方案

目前，國內設計圖紙熱工儀表皆沒有詳細的敷設定位圖，都需要施工單位根據現場實際情況分系統，化區域的進行二次設計。管路敷設前根據設備布置圖及熱控PID圖設計脈沖管路敷設圖。施工時嚴格按照儀表管路的排列圖、斷面圖施工。在設計走向時要和機務專業進行圖紙會審，不僅要避開機務設備、管道、人孔、吊裝孔等，同時盡量和機務專業的小徑管一同考慮，以保證現場小徑管的協調一致。儀表管路連接著取源部件和就地儀表，其走向必須依據取源部位和就地儀表的安裝位置所決定，盡量以最短的路徑敷設，減少測量參數的時滯，提高測量儀器的靈敏度。

1.5 管路敷設技術要求

管路敷設應盡量集中敷設，整齊美觀，減少交叉和拐彎。

管路的選擇應按照行業標準DL/T 5182-2004的要求進行，特別注意腐蝕性介質，如鹽酸、硫酸取樣管路的選擇。儀表導管的通徑和壁厚需滿足工藝系統的壓力和溫度條件及儀表過程接口要求。

1、油管路離開熱管道保溫層的距離大于150mm，并應有隔熱措施，嚴禁平行布置在熱表面的上部。管路與電纜平行敷設時，距離應大于200mm。

2、管路沿水平敷設時應有一定的坡度，差壓管路應大于1:12，其它管路應大于1:100，管路傾斜方向應能保證排除氣體或凝結水，否則應在管路的最高點或最低點裝設排氣或排水閥門。真空系統管路向上的坡度盡量要大。如圖4所示。

3、水位測量等差壓管路不能靠近設備熱表面，其正負壓管的環境溫度應保持一致，以防止產生測量誤差。

4、測量氣體的導管應從取壓裝置處先向上引出，向上高度不宜小于600mm ，其連接接頭的孔徑不應小于導管內徑。對于蒸汽管路，為使管內有足夠的冷凝水，管路不可太短。

5、金屬管子的彎制宜采用冷彎。高壓管路的彎曲半徑應大于其外徑的5倍，其他金屬管的彎曲半徑宜大于其外徑的3.5倍，對于塑料管，應大于其外徑的4.5倍。管子彎曲后應無裂縫、凹坑、彎曲斷面的橢圓度不大于10%。

6、管路敷設長度的要求：壓力管路敷設允許的最大長度為150m；微壓，真空管路敷設允許的最大長度為100m；水位、流量管路敷設允許的最大長度為50m。

圖4 儀表管路坡度Fig. 4 The slope of the instrument piping

圖5 保溫箱內部布置圖Fig. 5 The internal layout of the heat insulation box

1.6 盤內配管

盤內變送器、開關布置原則：在柜內布置空間允許情況下，變送器、開關應布置成一排；一般情況下，差壓變送器布置在下層，壓力變送器布置在上層(如圖5所示)；柜內變送器需分兩層安裝且上下兩層數量不等時，下層多裝，上層少裝，同時布置勻稱有致。

1.7 閥門安裝

取樣一次閥門應裝在靠近取樣點；儀表取樣二次門應裝于變送器的正下方，儀表架上，平衡門裝在兩個二次門中間上方。排污門裝于門架中心高度，煙風系統中，由于存在振動和膨脹，設置膨脹節較多，故此處儀表管路可采用金屬軟管連接，閥門管接頭對管子應是非咬合式密封以確保無泄漏，儀表閥門的管接頭承壓能力應是系統的極限壓力。

儀表管成排敷設，管間距離要保持均勻，間距為儀表管外徑尺寸。儀表管路在敷設時，應采用可拆卸的管卡固定，水平敷設固定支架間距為1～1.5m，垂直敷設時，間距為1.5～2m，在不允許焊接設備上固定時，采用“U”型管或包箍固定。如圖8所示：

儀表管路按二次設計的位置敷設，應整齊、美觀、并減少交叉和拐彎，如需交叉則應布置在隱蔽處。同一排管接頭必須根據現場情況以統一圖案布置，要求統一采用一字形或V字形圖案，如圖9所示。儀表管路敷設完畢后，應及時同主管道或設備一起進行嚴密性試驗，徹底根除跑、冒、滴、漏、堵塞等現象。煙風儀表管路需要單獨進行風壓試驗。氣源母管及控制氣源支管應采用不銹鋼管，接至儀表設備處各支管可采用紫銅管或不銹鋼管。支管從母管取源應叢上半部引出，母管最低處應加排水閥。

在嚴寒地區，對于鍋爐采用半封閉形式的電廠，儀表管路需進行伴熱。全廠需要伴熱區域的儀表管路原則上采取汽水系統管路閥門裝在固定于變送器柜正面的二次門架上；排污槽裝在排污門下方，排污管伸入排污槽內。排污水要排到雨水管、廢水溝等地方。如圖6所示：

圖6 變送器排污門及排污槽Fig. 6 the blowdown valve and sewage tank of pressure transmitters

圖7 穿越墻面和地面時安裝的保護罩Fig. 7 The protective cover when the instrument piping through the wall and the ground

1.8 管路敷設

敷設時水平段的儀表管先安裝管卡，但不要固定得太牢，使管路能夠轉動焊接。垂直段儀表管要在敷設同時進行焊接，防止儀表管下滑。管路在穿過墻和地面平臺時，要加裝保護管或保護框，管路盡量集中敷設。如圖7所示。

圖8 固定管路的“U”型管和支架Fig. 8 The “U” type pipeline and bracket used to fix the instrument piping

圖9 一字型和V字型管接頭Fig. 9 The pipeline joint of linear type and “V” type

高溫、高壓和氫、油系統的儀表管路采用承插方式，氬弧焊接，普通儀表管路可用卡套連接，在電伴熱，敷設方式可依據電伴熱說明書的要求施工，可以根據儀表成排敷設的管路走向成“一”字形或“之”字形布置，如圖10所示。出于安全考慮，鍋爐燃油平臺相關儀表導管伴熱建議采用蒸汽伴熱，伴熱蒸汽壓力宜為0.3Mpa到0.5Mpa，管路采用單回路供汽和回水，不應串聯連接，集液處加裝排液裝置，管路連接采用焊接方式。伴熱管路的敷設原則：單根或兩根儀表管可將伴熱管路設在儀表管路的旁邊或中間，成排的伴熱管路成“一”字形或“之”字形布置。差壓管路的伴熱，確保正、負壓側管受熱相同。對于鍋爐采取全封閉形式的電廠不考慮防凍措施。

圖10 電伴熱帶敷設Fig. 10 The electric heating band laying

2 結論

火力發電廠熱控儀表取樣管路的布置和安裝直接影響到系統的安全和穩定運行，由于取樣導管布置和安裝的不合理、不規范而造成儀表讀數的不正確，從而致使非迫性停爐停機的事故數不勝數，給業主造成了很大的損失。同時，不合理的敷設方式也會造成材料的浪費和人工費得增長，使工期延長，十分不經濟。所以，在設計初期就要對其進行詳細的優化來避免運行事故和人員材料的浪費。熱控設計人員應以系統的穩定性和安全性為基礎，降低運行損耗為核心，來確定導管的路徑和敷設方式，在此基礎上考慮美觀和節約成本的可行性，嚴格按照規程規范和施工工藝的要求，使電廠能夠更為安全、經濟和穩定的運行。

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Optimization Design on I&C Instrument Sampling Conduit Arrangement of the Thermal Power Plant

WANG Hongwei
(Shanxi Electric Power Exploration & Design Institute, Taiyuan 030001, China)

I&C instrument pipeline involves a relatively wide range of fields, and the requirements of its installation process are relatively high. Furthermore, its neat and beautiful piping configure process is the highlight of the installation process. The metal tubule is used in I&C instrument pipeline. Plus, the concentrated arrangement of the pipeline's direction is very important. And cross operation frequently appear during construction. Therefore, the early planning was very important before pipeline installation. According to the situation in spot, the further optimization design of the central arrangement I&C instrument pipeline which is in the construction process is of practical significance to the selection of suitable laying path in the construction of power plants, the optimization of laying mode, the reduction of the investment in power plants and the lowering of operation loss in the power plant construction. The paper proposes the optimization design on the fitted I&C instrument pipeline's installation technology and design schemes in the freezing Northern China and power plant, providing references for similar projects.

instrument pipeline; installation process; early planning; second optimization design; centralized disposal

10.3969/j.issn.2095-6649.2015.02.10

國家工程項目(發改委發改辦能源[2007]2469號)。

王宏偉(1985-), 男, 山西太原, 本科, 工程師, 研究方向: 火力發電廠熱控專業設計。

王宏偉．火力發電廠熱控儀表取樣管路布置優化[J]．新型工業化，2015，5(2)：54-59