淺談嚴寒地區余熱發電系統的保溫防凍措施

孫政軍，徐 寧，黃國平，朱方青

（南京凱盛開能環保能源有限公司，南京 210036）

我國北方嚴寒地區的水泥廠及鐵合金廠的余熱發電系統中，包含有很多的熱力設備和熱力管道。如何減少熱量損失，預防設備和管道凍結，將直接影響發電系統的安全運行，對企業的經濟效益及運轉效率有著非常大的關系。

南京凱盛開能環保能源有限公司總承包了較多北方嚴寒地區的余熱發電項目，現以內蒙古的項目為案例，簡介防凍保溫措施：該項目建設有2套汽輪發電機組系統，及6臺余熱鍋爐，管網系統龐大。因地處內蒙古地區，冬季非常寒冷，年平均氣溫4.5℃，極端最低氣溫-34.4℃，保溫及防凍設計是該項目的設計方案的重點之一，其采用了蒸汽伴熱和電伴熱相結合的方案。

根據設計規范要求，具有下列情況之一的設備、管道及其附件必須按不同要求予以保溫。

（1）介質溫度高于50℃且需要減少散熱損失。

（2）要求防凍、防凝露者或延遲介質凝結的部位。

（3）工藝生產中不需要保溫的、其外表面溫度超過60℃，而又無法采取其它措施防止燙傷人員的部位。

①管道距地面或平臺的高度小于2 100mm。

②靠操作平臺水平距離小于750mm。

（4）室外常溫水箱在長江以南不用保溫，長江以北進行保溫。

室外布置的余熱鍋爐本體及室外汽水管線和輔助設備，其設備、管道及附件不僅要有常規的保溫措施，還必須按不同要求進行防凍方案設計。本項目的防凍保溫措施，如室外給水管道采用蒸汽伴熱，室外蒸汽管道有閥門操作地方和疏放水點盡量就近布置在原生產車間或保溫間內，管道測點等儀表采用電伴熱，管道盡量采用水平補償等等。

1 保溫防凍措施

1.1 保溫房設計

（1）爐頂汽包間。采用密閉保溫小室，將鍋爐汽包上的液位、壓力等儀表置于爐頂小室內。為進一步防范各傳感器導管及其儀表凍壞，在儀表導管上設置內層巖棉或者硅酸鋁氈、中層電伴熱帶、外層設巖棉和鐵皮護板。

（2）零米保溫房。保溫房地面至一米高范圍采用磚墻砌筑，避免大風沙造成損壞，影響保溫防凍效果；墻體的上部采用加厚的巖棉夾心板。檢查各處漏風，加以封堵，其中，鍋爐灰斗在保溫房內的部分裸露放熱，但應特別注意灰斗與保溫房頂面接近處用巖棉封堵。

1.2 管道保溫措施

防凍措施原則：首先，確保熱源，如蒸汽或電伴熱。若無熱源時，想盡一切辦法確保設計的疏水系統能排盡，遇到無法排盡的地方，考慮烘干鎢燈、取暖器等設備。

（1）鍋爐本體管道疏水、排污管道。

①鍋爐疏水一次門分散開布置方式。鍋爐本體疏水系統疏水一次門至疏水開口點的直管段盡量靠近鍋爐爐墻，且盡量短（5～10cm左右），管道布置在爐墻保溫層內接到疏水母管，該管道垂直布置在鍋爐鋼架邊。二次門和疏水母管整體保溫，做成保溫箱，利用排污管道的散熱整體采暖，以免閥門和管道凍裂。冬季運行時，疏水二次門全開，利用一次門調節。②鍋爐疏水、排污在保溫房內集中布置閥門，對集中布置的水閥排整體采取進一步的保溫和伴熱（電伴熱或蒸汽伴熱）措施。③在疏水閥前支管中沒有排在爐墻內的部分采用電伴熱。

（2）鍋爐給水操作平臺及給水閥組。

布置在鍋爐平臺下面或旁邊，設置保溫密閉小室，參零米保溫房方案。另外，室內可設電加熱板，電加熱板功率的選擇，確保保溫小室內氣溫在零度以上。

（3）汽水管道。

本項目余熱鍋爐6臺，相互之間距離較遠，室外管網較長、較復雜。現場布置采用了分區域設置母管方法，并盡量借用了業主的生產線車間用于設置支架和室內疏放水點，設計同時將方案提交給現場進行了確認等。其他要求：

①管道需保證合理的坡度，其疏、放水點要求統一布置在各車間內，并適當加大疏、放水管徑。

②低點應設置放水（疏水）閥，并在低位處設置1m左右管段采用法蘭連接，疏（放）水閥及管道必須嚴格保溫。疏水點的一次閥盡量靠近主管道（50～100mm）,防止盲腸管道，閥門連同主管道一起保溫。二次閥布置在方便操作位置（標高1.00m）。在冰凍天氣，鍋爐停運期間，鍋爐給水、主蒸汽、補汽、疏水等管道均應放水放盡,可采用拆除法蘭連接段來進行快速放水，將水放凈。給水管道正常放水時，二次門全開，一次門調節開度，一般在一次門處設置操作平臺（難以滿足時單獨給疏水做伴熱措施）。氣溫高的季節，用二次門調節，方便操作。

③根據本項目給水管徑及參數，蒸汽伴熱管管徑選取為DN20。伴管布置要求：a.蒸汽伴管應在管道需要伴熱部位的最高點開始引入，至最低點離開。b.被伴熱管道上需經常拆卸維修的部位，其蒸汽或熱水伴管應裝活接頭或法蘭連接，如控制閥、安全閥、轉子流量計等，伴熱管道的分支采用三通連接。c.加熱空間內不得以保溫材料或勾縫用料加以堵塞或填充，以保證加熱空間見圖1。d.管道伴熱時，可將伴管的中點固定在被伴熱管道上。也可以將伴管統一考慮，設置一個膨脹環，使其自然補償見圖2。e.每根蒸汽/熱水伴管應有其獨立的供汽/供水閥和冷凝液疏水閥，不宜與其他伴管合并疏水，通過疏水閥后的不回收疏水宜集中排放。

圖1 圖形保溫結構（單根伴熱管）

圖2 伴熱膨脹彎示意圖

（4）對于儀表防凍,采用保溫箱+電伴熱帶的方式。

電伴熱系統設計以冬季不發生結凍為原則：

①室外儀表管一般選用自調控伴熱帶，包括相應的附件。

②當被測介質沖管時最高溫度不高于153°C時，保溫層1可不用，伴熱帶直接貼靠導管敷設，保溫層2的內徑改為16mm；對于管內介質溫度超過153℃時，保溫層應有兩層，內層不小于10mm厚度，外層為30mm厚，伴熱帶敷設在兩層之間，防止管壁溫度過高燙壞電伴熱帶防護層使電伴熱帶短路見圖3。

③保溫材料選用成型巖棉管殼，其導熱系數小于0.045KCal/m.h.℃；防護層采用0.35mm厚的薄鋁皮(或與全廠管路防護用材料一致)。

④變送器設在保溫箱內，箱內有電加熱器，通過溫控開關來控制保溫箱內的溫度。

圖3 單根導管伴熱帶施工示意圖

（5）其他。

①清水箱、除鹽水箱嚴寒地區必須布置在室內，且室內必須采暖，其連接水管盡可能地埋在凍土層以下，在室內鉆出地面。

②停爐時，出地面的水管及防凍旁路設排水管，要將水管放空。兩種措施如下：

方式1：循環水管道從地下出來接到冷卻塔切斷蝶閥前，用100mm的巖棉保溫，外包鍍鋅鐵皮，并設置防凍疏水閥，確保能把地上管道水排盡見圖4。

圖4 防凍排水管示意圖

方式2：嚴寒地區循環水進冷卻塔管道切斷閥門布置于閥門井內，并在給水和回水管道上布置一處低點疏水閥門井。冬季停爐時，確保能把凍土層以上管道水能排至閥門井內的集水坑中，并用潛水泵將水打到排水系統中。

2 結 語

上述內容主要是該項目現場采用的部分簡單、實用的防凍措施，其他細節仍需以設計規范為依據，結合各項目現場的實際情況進行優化、調整，從而確定更合理的方案。大家必須重視細節的處理，才能確保熱力設備和熱力管網的保溫防凍安全性；同時，生產運行的管理制度及對防凍的重視程度也是非常重要的一環。