淺析中美標準在電廠水工設計中的不同

曲愷珩，杜虹曄

(中國電力工程顧問集團東北電力設計院有限公司，吉林 長春 130021)

隨著中國電力建設行業的蓬勃發展，越來越多的電力工程承包商開始進入國際電力建設市場。國外業主在標書中通常選擇美國、英國標準或ISO等國際標準作為設計依據。此外，各國的歷史背景、宗教信仰及經濟領域都各有不同，為了適應市場的需求，通過了解中國標準與國際標準的不同點，進而完善項目設計，就成了一項有意義的研究課題。

1 工程實例

美國作為世界上最具影響力的發達國家，其電力行業標準也被很多其他國家和地區所采用。下面以巴基斯坦某聯合循環電站項目為例來淺析中美標準在水工工藝設計中的差異。

1.1 專業設計范圍

巴基斯坦某聯合循環電站新建兩臺GE209H型燃機，兩臺余熱鍋爐及一臺汽輪機。

水工工藝專業設計內容包括：直流供水系統、循環供水系統、輔機冷卻水系統、補給水系統、工業水系統、集水滲坑等各系統構筑物、泵站、管、溝的設計。

本工程配置兩套冷卻水系統，2月—10月期間采用河水直流供水系統，冷卻水來自電廠附近灌溉內河，經過凝汽器及輔機冷卻后重新排入灌溉渠。12月—1月河道枯水期采用以機械通風冷卻塔為冷卻設施的二次循環冷卻系統，補給水水源為地下水。

1.2 設計相關標準

本工程設計遵循的標準及適用范圍：

ASME 動力管道、法蘭、閥門、壓力容器

ASTM 管道及設備材料

AWWA 水工管道系統(大管徑)

HI 水泵布置及流道設計

2 冷卻水系統設計

本工程最為主要特殊性是配置兩套冷卻水系統：當電廠運行直流冷卻系統時，主水源為臨近的灌溉渠，當地灌溉屬規定渠道每年需關閉2個月進行清淤維護，為保證渠道枯水期電廠的正常運行，故同時

配置了二次循環冷卻系統。由于兩系統供水揚程差異較大，故設置兩套泵組，建設了兩個冷卻水泵站。業主要求兩個系統之間可以實現在線切換功能，使得系統復雜，連接節點多、切換多。

依標書要求，其泵組、冷卻塔都需設有相應備用設備。

但由于本身已為兩套系統，再留有備用，進而導致規模量增大。每套系統配置3×50%主冷卻水泵，3臺50%輔機冷卻水泵及相應除污設施，造成投資增大。

鑒于冷卻塔群數量龐大，且機械通風冷卻塔故障率較高，業主希望每格冷卻塔應具有獨立檢修功能，故每格冷卻塔水池均獨立出水，并設閘門井相互隔離。

從系統設計中可以看出，美國標準為了提高系統運行穩定性而盡量對設備采用備用。而中國標準基于大量的運行經驗，對主冷卻水系統及某些輔助系統不強制要求設置備用，在一定程度上降低了投資，同時可縮短工期。

3 水泵及流道設計

本工程水泵流道設計基于美標規范ANSI HI 9.8，見圖1。

圖1 矩形進水構筑物布置

美標規定水泵進水流道底坡應小于10°，國標此項規定放寬到15°。

水泵及流道設計有如下注意事項：

(1)在初步確定流道尺寸后，還需與水泵廠進行溝通，進行相應調整。

(2)部分制造商要求水泵出口提供傳力接頭，消除振動及應力。

(3)建議水泵設置lock device即防倒轉裝置。

多數執行美標等高規格設計標準的國外項目都會要求對取排水系統進行大量的數模、物模試驗，對于水泵及流道的物模試驗要兼顧到各種不利工況。

4 管道設計

美國標準中，不同材質、不同用途的壓力管道都有相應的技術標準。由于水工工藝管道口徑變化范圍較大，考慮使用如下不同規范：

冷卻水管： AWWA M11 800 mm以上

其他小管徑管道：ASME B31.3 800 mm以下

美標管道壁厚采用AWWA M11進行計算，需要先進行撓度及剛度計算初步確定管道壁厚，使用水錘壓力進行核算，以確定最終壁厚。當管道內外均采用防腐措施時，無需考慮腐蝕余量。

管道系統需進行瞬變流分析計算以確定系統水錘壓力。

管道的內外防腐方式可以有多種選擇，具體如下：

外防腐：環氧/冷纏帶/聚酯

內防腐：環氧/水泥砂漿/聚酯

當土壤腐蝕強度較大時需考慮設置陰極保護，具體可采用外加電流或犧牲陽極的方式。

管道設計有如下注意事項：

(1)尺寸單位存在公英制轉換問題。

(2)美標材質替換問題。

(3)設備與管道接口法蘭標準應一致。

5 環境、生態保護

近年來，環境、生態保護問題逐漸被社會所重視。這就要求電站設計人員在完成機組設計工作的同時，也要遵循世界環境衛生組織或當地的環保標準。

在進行直流冷卻系統設計期間，相應開展溫排水數值模擬研究。研究可劃分為兩階段：第一，針對不利水文條件、電廠取排水量，開展多種排水型式的排口近區射流軸線溫排水稀釋特性的對比研究，結合世界環境衛生組織標準以及工程設計等方面要求，初步確定排水方案。第二，在不利水文、機組運行條件下，對初步確定的排水方案開展溫排水輸移擴散數值模擬，提出最終推薦排水方案及其溫升影響范圍及取水溫升特征值，保證冷卻水排水滿足100 m范圍內水溫升高不得高于3℃的環保標準。

另本項目各廢水及二次循環冷卻系統運行期間的循環水排污水均不外排，在廠內設置了大型滲坑，以蒸發、滲透的方式消納。

6 結語

隨著國家“一帶一路”倡議的提出，中國電力企業將更加踴躍地投身國際電力市場。熟練使用國際規范將是設計單位的迫切需求。本文依托國外某聯合循環電站工程，對中美兩國設計標準進行對比，可為未來海外電站設計提供參考。

參考文獻:

[1] DL/T5339—2006，火力發電廠水工設計規范[S].