發(fā)電廠大口徑供熱蒸汽管道設計

吳海泉，賀啟利，史建濤，胡 顥，許成交

（中國能源建設集團安徽省電力設計院有限公司，安徽 合肥 230601）

0 引 言

近年來，很多電廠都在進行供熱改造，以集中供熱方式取締周邊小鍋爐，從而實現(xiàn)區(qū)域清潔取暖的要求。因此，優(yōu)化電廠供熱改造技術，確保發(fā)電機組和熱網(wǎng)安全、經(jīng)濟、高效運行，顯得尤為重要。

供熱管網(wǎng)是締結(jié)供熱、用熱雙方的紐帶。隨著熱用戶的增加和熱網(wǎng)半徑的不斷延伸，供熱蒸汽管道的規(guī)格和距離都不斷提升。大口徑蒸汽管道與常規(guī)小管徑蒸汽管道相比，具有以下特點。

（1）壓降溫降要求高。供熱蒸汽管道往往距離較長，輸送必然帶來管道壓降和溫降較大。為滿足熱用戶需求，應合理設計，降低管道壓降溫降。

（2）空間占用大。大口徑蒸汽管道彎頭彎曲半徑較大，采用常規(guī)的自然補償方式占用空間太大。

（3）管道荷載較大。支吊架設計需謹慎。

1 供熱改造蒸汽管道的設計

1.1 管道管徑的選擇

確定管網(wǎng)管道規(guī)格是供熱改造工程設計至關重要的環(huán)節(jié)。對于大口徑供熱蒸汽管道，由于輸送蒸汽量大、管線布置長，控制管道壓損溫損、選擇合適的管網(wǎng)流速是設計過程中的關鍵工作。《電廠動力管道設計規(guī)范》（GB50764-2012）[1]、《火力發(fā)電廠汽水管道設計規(guī)范》（DL/T 5054-2016）[2]給出了汽水介質(zhì)的流速推薦值，對于大口徑供熱蒸汽管道具有較強的參考意義。管徑的計算可參照上述規(guī)范規(guī)定，計算公式為：

其中，G為介質(zhì)質(zhì)量流量，單位是t/h，v為介質(zhì)比容，單位是m3/kg，w為介質(zhì)流速，單位是m/s。

安徽某電廠燃煤機組供熱改造中，管道的流速按汽水規(guī)程推薦流速選取，中低壓聯(lián)通管改造抽汽推薦流速為30～50 m/s。設計過程中建議按最小值選取，對于某些進入設備較長的管道，保證蒸汽參數(shù)管徑放大一級。實際設計時，還應綜合考慮管網(wǎng)起點至用戶側(cè)的壓降溫損并進行相應計算，在滿足用戶側(cè)需求的情況下，選擇合理的管道規(guī)格，如表1所示。

當管道采用Φ720×15或Φ820×16尺寸時，末端壓力低于0.65 MPa，無法滿足熱用戶的壓力參數(shù)要求；當Φ920×17管道時，末端壓力高于0.65 MPa，可以滿足用戶要求。此時，在額定供汽量下管內(nèi)介質(zhì)流速約30 m/s。

1.2 管道補償?shù)倪x擇

在供熱管道設計中，為避免管道因熱膨脹產(chǎn)生變形或破裂，必須對管道的熱膨脹進行補償。管道的補償方式有自然補償和補償器補償兩種形式。對于以往的供熱改造工程，特別是廠房內(nèi)的管道布置，往往采用自然補償形式。然而，對于大口徑供熱蒸汽管道，由于管道直徑較大，如果采用自然補償，占用場地較大，現(xiàn)場情況往往無法滿足布置要求。近年來，旋轉(zhuǎn)補償器在供熱管道應用中較為廣泛，具有補償量大、布置靈活、補償形式多樣和密封性強等優(yōu)點。它在大口徑蒸汽管道中應用具有較大優(yōu)勢，可以減少管系補償點、減少固定支架的設置數(shù)量、降低工程投資，而且在一定程度上減少了復雜地形供熱管道的設計難度。安徽某600 MW機組供熱改造工程中，廠區(qū)管道規(guī)格為DN900，廠內(nèi)跨道路區(qū)域在設計中充分利用地形和管道走向，使用自然補償形式。而在沿廠區(qū)圍墻處，由于受到停車場地限制，采用自然補償占用空間太大，因此在靠圍墻處采用大補償量的旋轉(zhuǎn)補償器，以減少彎頭數(shù)量，降低阻力。此外，根據(jù)場地要求采用平行布置或高地位布置。廠內(nèi)整體布置和補償形式如圖1所示。

表1 管徑選擇比較

圖1 旋轉(zhuǎn)補償器布置形式

1.3 管道支吊架的設計

根據(jù)《火力發(fā)電廠汽水管道設計規(guī)范》（DL/T 5054-2016）規(guī)定，供熱改造管道支吊架的間距設置根據(jù)管道強度條件和剛度條件來確定，即取兩個條件確定的支吊架間距的較小值。

在實際布管設計中，管道支吊架位置的設置需根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定。廠房外管道支吊架間距設置按照確定的基本跨距設置。對于水平90°彎管兩端支吊架間的管道展開長度，不應大于水平直管道上允許支吊架的基本跨距的0.73倍；對于管道有抬高降低的兩支吊架間平面展開長度，不應大于水平直管道上允許支吊架的基本跨距的0.5倍。廠房內(nèi)管道支吊架間距的設置在考慮管道基本跨距的同時，還要考慮對廠房的影響。對于大跨距大口徑管道，需盡量根據(jù)廠房框架柱距設置支吊架，盡可能利用框架梁、頂梁且應相應縮小，以減小對已建廠房主體結(jié)構(gòu)的影響。對于600 MW機組，廠房框架柱柱距一般為8～12m，可利用柱側(cè)生根等方式，降低土建造價。

此外，在采用旋轉(zhuǎn)補償器補償?shù)墓峁艿乐校拷D(zhuǎn)補償器附近的支撐點往往熱位移很大。在支吊架設計中，應充分考慮熱位移影響，設計足夠大的支撐面供管道支架滑動，同時明確偏裝值。供熱管道支架建議采用高效隔熱滑動或?qū)蚬芡校鐖D2所示。而對于固定支架，為保證固定點的“卡死”效果，仍按照《發(fā)電廠汽水管道支吊架設計手冊》[3]中固定支架型式選型。

圖2 加長型高效隔熱管托

2 結(jié) 論

大口徑供熱蒸汽管道由于自身的特點，設計時往往難度較大。在滿足國家相關規(guī)范的前提下，還應注意以下幾點事項：

（1）應根據(jù)熱用戶需求確定合理的抽汽參數(shù)，選擇管道材質(zhì)；

（2）管道管徑的選擇應綜合分析管道流速和沿程壓降溫損，保證用戶端在滿足要求的情況下，選擇經(jīng)濟合理的管徑；

（3）管道應根據(jù)場地地形條件選擇合理的補償方式。旋轉(zhuǎn)補償器的合理使用可減少大口徑蒸汽管道的占地，減少固定支架數(shù)量，節(jié)約造價；

（4）支吊架設置應根據(jù)實際場地地形合理布置。廠內(nèi)管道盡量利用原有框架梁、柱結(jié)構(gòu)，廠外管道應根據(jù)熱位移量合理設置支墩，明確偏裝值，建議選用高效隔熱管托。