楊林+宋琴

摘 要：近年來300MW及以上純凝機(jī)組通過大機(jī)組改造，由純凝機(jī)組改造為供熱機(jī)組。在純凝機(jī)組改為供熱機(jī)組的過程中不可避免的需要做大量的蒸汽管道設(shè)計(jì)工作，本文以“望亭發(fā)電廠燃煤機(jī)組供熱改造”為工程實(shí)例，對(duì)大機(jī)組供熱改造廠內(nèi)管道的設(shè)計(jì)過程及注意要點(diǎn)進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：供熱改造；蒸汽管道；材質(zhì)；支吊架；跨距

1 前言

近年來隨著國家節(jié)能減排政策的推進(jìn)，國內(nèi)小機(jī)組逐漸關(guān)停，為了完成節(jié)能減排任務(wù)，300MW純凝機(jī)組關(guān)停趨勢逐漸明朗，且由于現(xiàn)在市場煤價(jià)維持在較高水平，300MW純凝機(jī)組發(fā)電虧損較大，為了扭轉(zhuǎn)300MW純凝機(jī)組發(fā)電虧損及關(guān)停局面，越來越多的300MW純凝機(jī)組通過供熱改造，獲得生存及扭虧為盈，在300MW純凝機(jī)組改造過程中不可避免的遇到大量的蒸汽管道設(shè)計(jì)工作。

2 供熱改造蒸汽管道的設(shè)計(jì)

2.1 抽汽點(diǎn)及管道材質(zhì)的選擇

供熱改造管道設(shè)計(jì)中管材的選擇至關(guān)重要，在供熱改造廠內(nèi)的設(shè)計(jì)中常用的管材為20#、20G、12Cr1MoVG等。在望亭發(fā)電廠燃煤機(jī)組供熱改造設(shè)計(jì)中抽汽點(diǎn)較多，主要為高排冷段抽汽、高排熱段抽汽、中低壓聯(lián)通管打孔抽汽、全廠備汽母管抽汽，根據(jù)各抽汽點(diǎn)壓力、溫度參數(shù)及以上所列管材的使用溫度上限合理選擇管道材質(zhì)。

2.2 管道管徑的選擇

供熱改造管道管徑的計(jì)算根據(jù)《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》，按下列公式計(jì)算： G-介質(zhì)質(zhì)量流量t/h，v-介質(zhì)比容m3/Kg，w-介質(zhì)流速m/s。望亭發(fā)電廠燃煤機(jī)組供熱改造中管道的流速按《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》推薦流速選?。焊吲爬涠纬槠扑]流速為30～45m/s，高排熱段抽汽推薦流速為50～65m/s，高排熱段抽汽減溫后按高排冷段抽汽推薦流速選取，中低壓聯(lián)通管打孔抽汽、全廠備汽母管抽汽推薦流速為30～50m/s。在設(shè)計(jì)過程中推薦按最小值選取，對(duì)于某些進(jìn)入設(shè)備較長的管道為保證蒸汽參數(shù)管徑放大一級(jí)。

2.3 管道跨距的設(shè)置

供熱改造管道支吊架的間距設(shè)置根據(jù)《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》規(guī)定，考慮剛度條件，管道的一階固有頻率應(yīng)大于3.5Hz，即單跨管道按簡支梁計(jì)算其最大擾度不應(yīng)大與2.62mm；根據(jù)剛度條件，均布荷載水平直管道的支吊架允許最大間距用下式計(jì)算：

式中Lmax——支吊架的最大允許間距，m；Et——鋼材在設(shè)計(jì)溫度下的彈性模數(shù)，kN/mm2； I——管子截面慣性矩，cm4；q——管道單位長度自重，kN/m。

管道強(qiáng)度應(yīng)按《火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計(jì)算技術(shù)規(guī)定》有關(guān)外載應(yīng)力驗(yàn)算的規(guī)定計(jì)算，使管道的持續(xù)外載當(dāng)量應(yīng)力在允許的范圍內(nèi)；并且單跨管道按簡支梁計(jì)算，管道自重引起的最大彎曲應(yīng)力不大于23.5MPa，根據(jù)強(qiáng)度條件，均布荷載水平直管道的最大支吊架間距按下式計(jì)算：

式中 W——管子截面抗彎矩，cm3。

《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中剛度條件的規(guī)定是出于控制管道一階固有頻率的目的，使之避開管道輸送介質(zhì)的激振頻率，以防止發(fā)生共振。根據(jù)以上公式計(jì)算出來的跨距選取最小值，跨距值相對(duì)較小，在實(shí)際運(yùn)用中建議高溫、高壓等主要蒸汽管道采用以上計(jì)算公式。對(duì)于低溫、低壓等次要蒸汽管道，支吊架間距可以適當(dāng)加大，但不應(yīng)大于按下列公式（“原管規(guī)”剛度公式）及強(qiáng)度條件確定的最大間距。“原管規(guī)”剛度公式：

根據(jù)以上所介紹的蒸汽管道跨距計(jì)算公式確定基本跨距后，在實(shí)際布管設(shè)計(jì)中，管道支吊架位置的設(shè)置需根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定。在機(jī)房外管道支吊架間距設(shè)置基本按照確定的基本跨距設(shè)置，對(duì)于水平90°彎管兩端支吊架間的管道展開長度，不應(yīng)大于水平直管道上允許支吊架的基本跨距的0.73倍，對(duì)于管道有抬高降低的兩支吊架間平面展開長度不應(yīng)大于水平直管道上允許支吊架的基本跨距的0.5倍；在機(jī)房內(nèi)管道支吊架間距的設(shè)置在考慮管道基本跨距的同時(shí)，還要考慮對(duì)廠房的影響，對(duì)于小跨距小管徑管道按基本跨距設(shè)計(jì)，對(duì)于大跨距大管徑管道盡量根據(jù)廠房框架柱柱距設(shè)置支吊架，300MW、600MW機(jī)組廠房的框架柱柱距在8～12m左右，同時(shí)在需利用框架梁、頂梁設(shè)計(jì)支吊架時(shí)，大跨距大管徑管道跨距應(yīng)相應(yīng)縮小以減小對(duì)已建廠房主體結(jié)構(gòu)的影響。

2.4 管道補(bǔ)償?shù)倪x擇

管道補(bǔ)償在供熱改造設(shè)計(jì)中廣泛采用自然補(bǔ)償，盡量少采用補(bǔ)償器補(bǔ)償，主要采取的自然補(bǔ)償形式為L型、π型、Z型等。在望亭發(fā)電廠燃煤機(jī)組供熱改造廠內(nèi)設(shè)計(jì)中充分利用地形及管道走向完成管道補(bǔ)償，但在局部直管段距離大于100m以上的水平直管敷設(shè)中采用了旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器。

2.5 管道支吊架設(shè)計(jì)

供熱改造廠內(nèi)管道敷設(shè)時(shí)不可避免有些管道支吊點(diǎn)存在一定的豎向位移或需要放松約束的地方，在此情況下就需設(shè)置可變彈簧支吊架。根據(jù)彈簧的連接形式彈簧可分為中間連接吊架彈簧、上下連接吊架彈簧、支架彈簧。選擇彈簧時(shí)應(yīng)遵循下列原則：（1）彈簧載荷變化率不應(yīng)超過工作載荷的35%，對(duì)于機(jī)房內(nèi)主要管道載荷變化率不應(yīng)超過25%，但對(duì)于次要管道如彈簧載荷變化率超過載荷變化率25%時(shí)，可以考慮載荷變化率放大至35%；（2）彈簧的安裝載荷或工作載荷不應(yīng)大于彈簧的最大允許載荷，并且彈簧的變形量應(yīng)在實(shí)驗(yàn)載荷下變形量的30～70%范圍內(nèi)選擇；（3）彈簧串聯(lián)安裝時(shí)，應(yīng)選用最大允許載荷相同的彈簧，此時(shí)熱位移值應(yīng)按彈簧的最大允許載荷下的變形量比例分配，并聯(lián)安裝時(shí)，應(yīng)選用相同的型號(hào)，其載荷由兩側(cè)彈簧平均承受。彈簧的具體選擇簡要介紹如下：通過管系的應(yīng)力分析，得到工作狀態(tài)下彈簧的工作載荷和管道支吊點(diǎn)位移量（即為彈簧從安裝狀態(tài)到工作狀態(tài)的變形量），由工作載荷查對(duì)應(yīng)彈簧的最大允許載荷和最小允許載荷，選擇合適的彈簧；彈簧選定后可以確定彈簧的安裝載荷，管道位移向上時(shí)，安裝載荷=工作載荷+位移量×彈簧剛度，管道位移向下時(shí)，安裝載荷=工作載荷-位移量×彈簧剛度，求得安裝載荷后在復(fù)合彈簧載荷變化率，確定彈簧選擇是否合適。在管系中彈簧可以吸收豎向位移和改善管系應(yīng)力水平，但不建議在管系中過多設(shè)置彈簧，避免影響管系的穩(wěn)定性。endprint