针火力发电厂小口径管道设计优化分析

针火力发电厂小口径管道设计优化分析

赵鹏

（中国能建安徽电建二公司）

摘要：本文对国内在DN80以下汽水小管道常规设计及安装习惯等方面存在的问题进行了归纳总结，并提出在设计上的改进措施，即对DN20及以上小口径汽水管道也采用三维设计软件进行模型设计，必要情况下进行应力分析，从而使小口径管道布置合理、走线短捷、膨胀受控，达到节省材料量、节省初投资的目标。

关键词：小口径管道；DN80；火力发电

1小口径汽水管道设计状况概述

按照国内电力设计的惯例，DN80是火力发电厂大、小口径管道的分界线，公称通径在DN80及以上的汽水管道由设计院进行详细的布置和安装设计，并对温度在150℃以上的管道进行应力分析；公称通径DN80以下的小口径汽水管道由设计院进行系统设计，并估列材料，而不进行管道布置和支吊架设计，由安装单位根据现场实际情况进行施工。在火力发电厂汽水系统当中，疏水、放水和放气等小口径管道数量很多，连接系统繁杂，如果对该部分管道也进行详细的布置设计，将大大增加设计工作量。如果设计院没有考虑小管道的安装位置，现场往往缺乏统筹规划，安装较为零乱，影响整体外观和工艺效果，而且随着机组容量的不断加大，高温高压的小管道越来越多，其运行安全性亦应当引起足够重视。随着电力设计水平的提高，近年来对设计质量方面的管理标准日臻完善，在设计精细化方面的要求也在不断提高。所以，在工程设计中对小口径汽水管道进行整体详细设计很有必要。

2小口径汽水管道安装存在的问题

目前国内火电厂中口径DN80以下的汽水管道的设计和安装基本上都是由施工单位根据现场情况完成。由于施工单位水平的参差不齐，小口径汽水管道往往存在布置随意性大、影响主厂房整体美观的情况，甚至会影响系统运行安全。归纳起来，主要存在以下几种常见问题：

2.1整体布置不美观

主要原因是施工设计时没有考虑整体布局效果。有时施工单位为节省管道材料，布置就近走直线，管道走向凌乱，和主厂房整体风格不符合；疏水扩容器集管连接处的小口径管道间布置间距过小，相邻的同排管道整体保温，阀门错开布置后，显得杂乱。

2.2检修和操作不方便

管道布置时没有考虑阀门的操作和检修空间，造成运行人员检修和操作非常困难；放水管道不经过漏斗直接排进就进的放水母管，运行人员无法观测管道放水是否排放完毕，另外也无法及时发现阀门内漏。

2.3存在安全隐患

一些高温小口径管道没有经过应力计算，现场随意安装，支吊架普遍以刚性为主，补偿考虑不周，造成管系热态膨胀不畅，从而使管道在热态下扭曲变形严重，影响安全。

2.4设计单位所开列材料量和现场实际安装量存在较大偏差

由于小管道没有进行详细设计，这部分管道材料往往靠设计人员经验进行估取，但现场由于各种设备，管道和建筑梁柱的复杂性，加之一些小管道需要集中布置，往往和实际安装量存在较大的偏差。对于开列少了的材料，在施工过程中由设计单位现场修改来解决；但对于开列多了的材料，又造成浪费，给业主单位增加了费用。

3小口径管道相关设计要求

现场设计的小口径管道的负荷和热位移量不进行计算。参照流程图和区域布置图进行布置设计。小口径管道布置要按照管道的作用和系统进行集中布置，阀门集中布置，以便于进行操作、检修。水平管道疏水坡度要求：水平管道疏水坡度应符合我国电力行业标准；长度在3m以下管子不必有疏水坡度；介质为水及其它液体通常选用1：100坡度；介质为蒸汽的疏水坡度1：80。保温设计时管线之间的距离：对没有设计保温的管子，应尽可能集中布置，使其美观，阀门高度方便操作。对有设计保温的管子，应留有足够保温空间。主汽疏水安装时考虑单根保温，不能集中多根保温。在介质、参数流向一致时，可以作多根保温。大口径管和小口径管有交叉时，其之间的距离应保证足够的保温间距。小口径管道与油管道之间的距离应满足要求。

小口径管道支吊架相关设计要求。支架型式的选择：固定型支架（紧固型）应用于长距离垂直管线上。如在每条垂直管线上，最好是采用一个固定型支架；但是，所选择的位置不能影响主管线热位移。固定支架的位置选择不能影响膨胀为原则。温度为60℃以下的管线可全部采用固定型支吊架。所有带有垫片的“U”型螺栓都应为紧固型支吊架。除以上所述情况外，其它管线上均应使用滑动型支吊架。关于支吊架间距的选择应参照下列尺寸布置。直线钢管见表1，弯头附近（钢管）见表2。在阀门、疏水器等其它较重的设备附近必须加装支吊架，可根据设备重量单侧或双侧加装支吊架。支吊架的定位说明：当小口径管道起点的大管道有大的位移和振动时，应将其固定在母管上，直至到达一个比较“稳定”的区域，同时，必须充分考虑其位移方向。

4小口径汽水管道优化设计措施

针对小口径管道设计施工存在的问题，设计单位需在施工图阶段及时和业主单位及施工单位进行沟通，了解电厂运行习惯，在开展大口径管道设计的同时开展小口径管道的设计，在三维模型中布置管道，使得大、小管道整体上布置最优化，对重要的高温管道进行应力计算，紧密结合主厂房内设备和通道实际情况，提高设计质量，目的是小口径管道在现场集中布置，工艺美观，走线短捷，布局合理，膨胀自由。

4.1保证通畅，避免碰撞

结合大管道设计情况，整体考虑合理布置小管道，避免出现蜘蛛网式的混乱布置状况。小管道就近接出，靠墙或靠柱子布置的管道及阀门适当加大间距，相邻的同排管道分别保温，阀门错开有序布置，做到既节省空间、运行操作方便而且整体美观。管道布置不仅要注意冷态位置，热态下也不得与大管道相碰，不得与设备相碰，不得与土建基础相碰，不得与管道支架相碰，要保温的管道要注意留出保温层厚度，不得妨碍管道膨胀，要便于管道支吊架的安装。此外管道布置还要考虑管到疏水坡度，保证疏放水通畅。

4.2集中布置，方便运行

小管道布置既要考虑节约管道材料量，又要考虑运行和检修空间。可在锅炉运转层，零米层和疏水扩容器附近设置集中的疏水阀门站，锅炉顶部设置集中的放气管道，小管道布置有序美观，阀门便于操作。在放水、放气小口径管道布置集中的地方集中设置漏斗，放水、放气管道就近接入，经过漏斗汇总排入疏水母管，既便于运行人员观察，也避免了随意排放而使地面积水的现象。

4.3应力计算、保证安全

小管道布置要考虑管道热膨胀问题，对于150℃和DN20以上管道进行应力计算，150℃以下管道通过合理布置实现自然补偿。通过应力计算合理设置弹簧支吊架，避免热态运行时管道出现卡死现象，保证管道安全运行。

4.4优化设计，合理删减

对于蒸汽和水管道上面的放气小管道，由于只是在水压试验时候用，为减少漏点，建议在完成水压试验后，合理删减阀门，加堵头焊死，焊口进行100％无损探伤，确保管道不发生跑、冒、滴、漏的现象。

5结论

管道设计工程师要针对区域将小口径管道进行统一的策划和布置，合理布局，有疏水坡度，不影响通道，操作方便，排管、阀门站、集装装置等统一布置。小口径管道的支吊架的设计应符合规范要求，且管道支吊架的间距必须符合规范要求。经过对火力发电厂小口径管道的设计优化，通过转变设计观念，提升设计手段，小口径管道设计可做到设计合理，工艺美观，走线短捷，布局合理，膨胀自由，并且开列的管道和支吊架材料量准确无误，避免了施工单位因随意安装而造成的工程量超标，有效地控制小管道的安装材料量，另外，对高温管道的应力分析，还能确保管道的安全运行。

参考文献：

[1]电力建设施工及验收技术规范（管道篇），DL5031－1994[S].

[2]火力发电厂管道支吊架验收规程，DL/T1113-2009[S].

[3]电力建设施工及验收技术规范.火力发电厂焊接篇，DL/T869-2004[S].