火力发电厂汽水管道设计技术分析

火力发电厂汽水管道设计技术分析

马玉

哈尔滨九州电气集团四川旭达电力工程设计有限公司黑龙江省哈尔滨市 150000

摘要：电力行业的发展影响着国民经济的发展，电力行业的发展水平是决定工业、农业及互联网行业发展的基础水平。为了进一步的提升电厂机组运行的安全性，在实际工作中要保证电厂汽水管道设计的合理性，减少不必要的安全隐患，从而提高整个电厂设备运行的安全性、经济性。本文仅是对电厂汽水管道设计问题的探讨。

关键词：汽水管道；支吊架；压力；温度；

一、设计条件

我国目前主要的发电形式仍为火力发电，其发电原理就是通过锅炉对燃料进行燃烧来进行燃料化学能向热能的转换，然后对水进行加热来产生具有高温高压的蒸汽带动汽轮机进行转动，实现由热能向机械能的转换，其过程中涉及到的汽水管道繁多，应科学合理的进行汽水管道的设计，保证电厂运行的安全稳定。

在汽水管道的设计中，介质的设计压力、温度等参数决定着管道选材、支吊架设置及相关安全措施。在确定基础参数条件时，管道的设计压力不应低于运行中可能出现的最高持续压力；对于水管道，设计压力还应包括水柱静压；装有安全阀的管道的设计压力不应小于安全阀的最低整定压力；真空管道应按承受的外压设计；封闭管道的设计需考虑管道内静态流体受热膨胀产生的压力升高，并设置相应超压保护装置。

电厂汽水管道的设计温度不应低于管道运行中内部介质的最高持续工作温度；从锅炉的过热器、再热器等引出的蒸汽管道，设计温度应计入设备厂所保证的最大温度偏差；加热器出口管道的设计温度应取加热器各种工况下的被加热介质最高出口温度。主蒸汽管道设计温度应取锅炉过热器出口蒸汽额定工作温度加上锅炉正常运行时允许的温度偏差值，当锅炉制造厂未提供温度偏差值时，可取用5°C。

二、管道及管件布置
   汽水管道的布置应结合主厂房设备布置及建筑结构情况，管道走向宜与厂房轴线方向一致。在水平管道交叉较多的区域，应按合理走向划定管道纵横走向标高范围，将管道分层布置。管道布置中应防止出现由于刚度较大部分的弹性转移而产生局部区域应力集中现象。当管道中有阀门时，应注意在阀门关闭工况下两侧管段温度差对管道刚性的影响。大容量机组的主蒸汽管道和再热蒸汽管道宜采用单管或具有混温措施的管道布置方式，当主蒸汽管道、再热蒸汽管道或背压机组的排汽管道为偶数时，需采用对称布置方式。存在两相流的管道，当介质流动方向由下向上时，需先水平后垂直布置；当介质流动方向由上向下时，需先垂直后水平布置。当热管道布置在油管道阀门、法兰或其它可能漏油部位的附近时，需将其布置于油管道上方。当必须布置在油管道下方时，油管道与热管道之间应采取可靠的隔离措施。

在三通附近装设异径管时,对于汇流三通，异径管需布置在汇流前的管道上;对于分流三通，异径管需布置在分流后的管道上。水泵入口水平管道上的偏心异径管，当泵入口管道由下向上水平接入泵时，需采用偏心向下布置；当泵入口管道由上向下水平接入泵时，需采用偏心向上布置。阀门的布置应便于操作、维护和检修，且按照阀门的结构、工作原理、介质流向及制造厂的要求确定阀门及阀杆的安装方式。重型阀门和规格较大的焊接式阀门宜布置在水平管道上，门杆宜垂直向上。当必须装设在垂直管道上时需取得阀门制造厂的认可。

三、支吊架的设计

在汽水管道的设计工作中，管道支吊架的合理选型对管道设计起着关键作用，应综合分析管道系统的总体布置，再进行支吊架的选型。支吊架的设置需能承受管道的动荷载、静荷载和偶然荷载等，并能合理约束管道位移。在各种工况下，能保证管道应力均在允许范围内，增加汽水管道系统运行的稳定性，防止管道振动。支吊架设计时需考虑的荷载要素包括：管道组成件和保温结构的重力；支吊架零部件重力；管道所输送介质的重力；蒸汽管道水压试验或管路清洗时的介质重力；管道上柔性管件，支吊架约束管道位移所承受的约束反力荷载；正常运行时由于种种原因引起的管道振动力；地震区域产生的地震力等。

在工作实测中笔者发现，在进行汽水管道支吊架设计时，应在该支吊架承受的所有荷载取和的基础上再留有适当的余量，以免因施工或其它原因造成支吊架荷载力增加，汽水管道运行不稳定的情况。

支吊架零部件需有足够的强度和刚度，且结构简单、尽可能采用典型支吊架标准产品，否则需对其强度和刚度进行验算。管道吊架的螺纹拉杆需有足够的调整长度，具有在承载条件下直接调节管道垂直高度的能力。当吊架上下端均不能调整拉杆长度时，也可采用花篮螺丝在中间调整。当选择弹性支吊架时，变力弹簧支吊架需选用整定式弹簧支吊架，并联弹簧需有相同的刚度。选用恒力支吊架时，其公称位移量应在计算位移量的基础上留有20%裕量，且裕量最小为20mm。计算位移量时需计及由于水平位移引起垂直位移的变化；当有水平位移时，弹簧支架宜加装滚柱、滚珠盘或聚四氟乙烯板；当水平位移较大时,不宜设置弹簧支架。

刚性支吊架包括刚性吊架、滑动支架和固定支架；在支吊架装置选型时，宜采用合适的刚性支吊架；在需要控制管道振动、限制管道各方向位移或管道较长时，应在适当位置设置固定支架；固定支架的水平力应计入其它支架的摩擦力、承受管道的热胀冷缩作用力和弹性支吊架的转移荷载对水平力的影响；

在做支吊架布置时，需使支管连接点和法兰接头处承受的弯矩值，控制在安全的范围内。设备接口附近的支吊架间距和形式，除符合管道的强度、刚度和防振要求外，还需使设备接口所承受的管道最大推力和力矩在允许范围内，且不限制设备接口位移；当设备接口承受过大的管道推力或力矩时（如装设限位装置），其位置及限位方向必须通过计算确定；为防止管道侧向振动，垂直管道宜设置适当数量的管道侧向约束装置。主蒸汽及再热蒸汽管道的汽锤力宜设置限位支架承受，限位支架布置困难时可设置阻尼装置，限位支架及阻尼器装置宜沿管道的轴向约束；为使管道荷载分布均匀，需合理选择支吊架的间距，间距应满足管道强度、刚度、防止振动和实现疏放水的要求；支吊架需支承在可靠的构筑物上，且便于施工，不影响邻近设备检修及其它管道的安装和扩建。水平布置的管道在选定支吊架间距时，需保证管道不产生过大的挠度、弯曲应力和剪切应力。水平直管的支吊架允许间距需按管道强度条件及刚度条件来确定，取两个条件确定的支吊架间距的较小值。

结语：对电厂汽水管道的合理设计，能提高电厂锅炉、汽轮机运行的安全性，保证电厂对外供热的稳定性，为电力行业的长远发展提供了根本保障。 

参考文献：
  ［1］谷敬泽.汽水管道支吊架问题分析及调整措施［J］．河北电力技术，2006，（4）：35，37.
  ［2］郑勇.发电厂防止汽水管道水击的措施［J］．中国新技术新产品，2010，（2）：124.
  ［3］梁岩.1000MW超超临界机组主汽再热疏水系统设计研究［J］．价值工程，2014，（17）：63，64