王正華，張珊，朱科，謝毅

(中國(guó)能建湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖南長(zhǎng)沙410007)

火電廠保溫設(shè)計(jì)優(yōu)化及常見(jiàn)問(wèn)題分析

Analysis of common problems and design optimization of heat insulation in thermal power plant

王正華，張珊，朱科，謝毅

(中國(guó)能建湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖南長(zhǎng)沙410007)

本文結(jié)合某超超臨界機(jī)組的高溫管道，從降低保溫層外表面限制溫度出發(fā)開(kāi)展保溫設(shè)計(jì)優(yōu)化探討，降低保溫層外表面限制溫度到45℃，具有可行性和經(jīng)濟(jì)性。并對(duì)在保溫設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題如保溫材料的選擇、計(jì)算原則、天氣影響等進(jìn)行了分析，提出相應(yīng)建議。

保溫；設(shè)計(jì)優(yōu)化；材料

為了減少電廠設(shè)備和管道的散熱損失，提高經(jīng)濟(jì)效益，文獻(xiàn)〔1〕對(duì)火電廠保溫規(guī)定:保溫結(jié)構(gòu)外表面溫度限值為50℃，50℃成為保溫設(shè)計(jì)外表溫度限值的基準(zhǔn)點(diǎn)〔1〕。文中結(jié)合某超超臨界火電機(jī)組的高溫管道保溫設(shè)計(jì)，將保溫結(jié)構(gòu)外表面溫度限值降為45℃。經(jīng)計(jì)算比較，論證了其可行性和經(jīng)濟(jì)性，并結(jié)合工程實(shí)踐，對(duì)保溫設(shè)計(jì)中幾個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行分析探討。

1 超超臨界機(jī)組保溫設(shè)計(jì)的優(yōu)化探討

某超超臨界機(jī)組電廠的保溫優(yōu)化設(shè)計(jì)中，將保溫結(jié)構(gòu)外表面溫度限值確定為45℃，而常規(guī)保溫設(shè)計(jì)中該限值為50℃?，F(xiàn)以某工程中具有代表性的主蒸汽、再熱熱段、再熱冷段為例，對(duì)兩種限值的散熱損失和保溫初投資比較計(jì)算，說(shuō)明保溫設(shè)計(jì)優(yōu)化的過(guò)程以及取得的效益。

保溫設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，以再熱熱段蒸汽管道為例進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算過(guò)程和依據(jù)詳見(jiàn)表2，最后將上述管道的主要計(jì)算結(jié)果匯總于表3。

由計(jì)算結(jié)果可知，對(duì)高溫大口徑管道，采用保溫設(shè)計(jì)優(yōu)化較保溫常規(guī)設(shè)計(jì)，雖然保溫結(jié)構(gòu)初投資稍有增加，但是主蒸汽、再熱熱段和冷段的單臺(tái)機(jī)組全壽命期(按20年折現(xiàn))綜合收益分別為7.83萬(wàn)元、7.74萬(wàn)元和7.47萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯。

表1 保溫設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)表

通過(guò)對(duì)高溫大口徑管道保溫設(shè)計(jì)優(yōu)化的典型數(shù)據(jù)分析，可以看出，因保溫優(yōu)化后的保溫厚度雖有所增加，初投資雖然增加，但全壽命期(按20年折現(xiàn))總體收益增加較多，2臺(tái)機(jī)組的主汽再熱管道可增加收益共約46萬(wàn)元。所以，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，保溫設(shè)計(jì)優(yōu)化不但利于降低電廠環(huán)境溫度，改善生產(chǎn)和工作環(huán)境，而且利于長(zhǎng)期運(yùn)行提高經(jīng)濟(jì)性。

因此，降低外表面限制溫度開(kāi)展保溫設(shè)計(jì)優(yōu)化是可行的，即對(duì)高溫大口徑管道，適當(dāng)降低高溫管道或設(shè)備的保溫結(jié)構(gòu)外表面溫度至45℃，采用保溫設(shè)計(jì)優(yōu)化較保溫常規(guī)設(shè)計(jì)，雖然保溫結(jié)構(gòu)初投資稍有增加，但在機(jī)組全壽命期(按20年折現(xiàn))綜合收益可觀，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)明顯。

表2 再熱熱段蒸汽管道保溫設(shè)計(jì)依據(jù)和過(guò)程表

2 保溫設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題分析

2.1 保溫材料選擇

從保溫規(guī)程及各保溫材料物性表中可以看出，在介質(zhì)溫度小于350℃時(shí)，保溫材料可以選擇高溫玻璃棉制品或巖棉制品。保溫設(shè)計(jì)中也沒(méi)有具體的選擇準(zhǔn)則，可根據(jù)業(yè)主的要求開(kāi)展設(shè)計(jì)〔2〕。高溫玻璃棉制品較巖棉制品有密度低、使用安全溫度高、導(dǎo)熱系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，且?guī)r棉制品存在一定的污染。

為了更直觀的比較高溫玻璃棉制品和巖棉制品的差異，以供汽管道(Φ273 mm×6.5 mm，材料20，T為279℃，L為20 m。)為例，采用“經(jīng)濟(jì)厚度”方法(經(jīng)濟(jì)厚度為保溫結(jié)構(gòu)表面散熱損失年費(fèi)用和保溫結(jié)構(gòu)投資的年分?jǐn)傎M(fèi)用之和為最小值時(shí)的保溫層計(jì)算厚度)，進(jìn)行保溫計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表4。

從表中可以看出，采用高溫玻璃棉管殼較采用巖棉管殼，保溫層厚度薄、單位長(zhǎng)度管重小、保溫層外壁面溫度低、散熱損失少、所需材料量少，而且市場(chǎng)上兩者的價(jià)格差異不大，因此高溫玻璃棉制品具有優(yōu)勢(shì)，介質(zhì)溫度小于350℃時(shí)的保溫材料應(yīng)優(yōu)先選用高溫玻璃棉制品。

表4 供汽管道保溫計(jì)算結(jié)果

2.2 不同工程要求不同的保溫計(jì)算原則

文獻(xiàn)〔1〕規(guī)定的保溫計(jì)算原則是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《設(shè)備及管道保溫技術(shù)道則》GB 4272/T—2008編制的，后者明確規(guī)定:為減少保溫結(jié)構(gòu)散熱損失的保溫層厚度應(yīng)按“經(jīng)濟(jì)厚度”的方法計(jì)算，并且其散熱損失不得超過(guò)規(guī)定值。按“經(jīng)濟(jì)厚度”的方法計(jì)算后，還需要經(jīng)過(guò)外表面散熱損失和表面溫度校核〔4〕。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，高溫大口徑管道(尤其是“四管”)，按“經(jīng)濟(jì)厚度”法計(jì)算后，其表面溫度可能超標(biāo)，因此需要對(duì)其保溫層進(jìn)行加厚處理。

但在實(shí)際工程中，有些工程只要求控制外表面溫度，并不需要控制散熱損失；而某些工程要求不僅要根據(jù)介質(zhì)溫度情況控制外表面溫度，還要滿足散熱損失不超過(guò)規(guī)定值。因此從熱經(jīng)濟(jì)性角度，建議根據(jù)管道內(nèi)部流體介質(zhì)情況，按照“經(jīng)濟(jì)厚度”計(jì)算方法初算，然后校核管道外表面溫度及散熱損失，如果外表面溫度超值，則按照“控制表面溫度”來(lái)計(jì)算保溫厚度，適當(dāng)增加保溫層厚度。雖然保溫材料厚度增加，前期材料費(fèi)用增加，但外表面溫度降低到一定值時(shí)，達(dá)到了減少散熱損失的目的，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，能保證全廠的熱經(jīng)濟(jì)性。

2.3 保溫材料性能要求與實(shí)際到貨不一致

保溫設(shè)計(jì)與保溫材料采購(gòu)是在不同的時(shí)間完成的，設(shè)計(jì)采用的保溫材料性能數(shù)據(jù)與廠家實(shí)際到貨往往有差異〔3〕，一般在規(guī)定的范圍內(nèi)。但有時(shí)該差異卻很大，可能須重新進(jìn)行保溫設(shè)計(jì)。

因此保溫設(shè)計(jì)之前就確定保溫材料生產(chǎn)廠家，設(shè)計(jì)時(shí)要求廠家提供滿足要求的保溫材料的性能參數(shù)，廠家生產(chǎn)的材料的實(shí)際性能必須與所提供數(shù)據(jù)一致?；蛘咭笊a(chǎn)廠家完全按照保溫設(shè)計(jì)中的材料性能參數(shù)來(lái)制造滿足要求的材料。

2.4 極端天氣的影響

保溫設(shè)計(jì)時(shí)，一般對(duì)室外環(huán)境溫度取當(dāng)?shù)氐哪昶骄鶞囟扔?jì)算。但是，對(duì)某些地區(qū)電力工程的室外管道或設(shè)備，冬夏兩季可能會(huì)出現(xiàn)極端氣候。因此在滿足按“經(jīng)濟(jì)厚度”法計(jì)算保溫厚度的前提下，還必須充分考慮極端天氣情況〔4〕。比如夏季高溫，保溫結(jié)構(gòu)外表面溫度有可能升高到60℃以上，有可能發(fā)生燙傷的危險(xiǎn)；冬季溫度降低，防凍要求不能滿足，既有生產(chǎn)的安全性問(wèn)題，又影響設(shè)備或者管道的使用壽命。

因此考慮夏季高溫和冬季低溫的極端天氣，對(duì)室外布置的管道或設(shè)備，利用極端天氣的室外環(huán)境溫度進(jìn)行保溫或防凍計(jì)算，增加保溫層厚度。

3 結(jié)論

1)在保溫設(shè)計(jì)中，保溫層外表面限制溫度由50℃降低到45℃，保溫結(jié)構(gòu)初投資稍有增加，但綜合收益較高。

2)介質(zhì)溫度小于350℃時(shí)的保溫材料宜優(yōu)先選用高溫玻璃棉制品。

3)保溫計(jì)算按照“經(jīng)濟(jì)厚度”計(jì)算方法初算，然后校核管道外表面溫度及散熱損失，如果外表面溫度超值，則按照“控制表面溫度”來(lái)計(jì)算保溫厚度，適當(dāng)增加保溫層厚度。

4)保溫設(shè)計(jì)之前就確定保溫材料的提供廠家或者要求生產(chǎn)廠家完全按照保溫設(shè)計(jì)中的材料性能參數(shù)來(lái)制造滿足要求的材料。

5)對(duì)室外布置的管道或設(shè)備，可利用極端天氣的室外環(huán)境溫度進(jìn)行保溫或防凍計(jì)算。

〔1〕中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).火電廠保溫油漆設(shè)計(jì)規(guī)程:DL/T 5072—2007〔S〕.北京:中國(guó)電力出版，2007.〔2〕周鎮(zhèn)平，徐雪松.電站設(shè)備保溫節(jié)能工程實(shí)踐〔J〕.浙江電力，2012，31(10):62-64.

〔3〕趙遠(yuǎn)洋.火電廠耐火保溫材料設(shè)計(jì)及施工中存在的問(wèn)題〔J〕.電力建設(shè)，2002(2):13-15.

〔4〕幺莉.火力發(fā)電廠熱力設(shè)備和管道保溫的優(yōu)化設(shè)計(jì)〔D〕.武漢:華中科技大學(xué)，2004.

TK264.11

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1008-0198(2016)01-0046-03

王正華(1976)，男，安徽人，高級(jí)工程師，碩士研究生，從事火電廠機(jī)務(wù)專業(yè)技術(shù)及管理工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.01.013

2015-04-27 改回日期:2015-06-18