火電廠保溫設計優化及常見問題分析

王正華，張珊，朱科，謝毅

(中國能建湖南省電力設計院有限公司，湖南長沙410007)

火電廠保溫設計優化及常見問題分析

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

王正華，張珊，朱科，謝毅

(中國能建湖南省電力設計院有限公司，湖南長沙410007)

本文結合某超超臨界機組的高溫管道，從降低保溫層外表面限制溫度出發開展保溫設計優化探討，降低保溫層外表面限制溫度到45℃，具有可行性和經濟性。并對在保溫設計中遇到的問題如保溫材料的選擇、計算原則、天氣影響等進行了分析，提出相應建議。

保溫；設計優化；材料

為了減少電廠設備和管道的散熱損失，提高經濟效益，文獻〔1〕對火電廠保溫規定:保溫結構外表面溫度限值為50℃，50℃成為保溫設計外表溫度限值的基準點〔1〕。文中結合某超超臨界火電機組的高溫管道保溫設計，將保溫結構外表面溫度限值降為45℃。經計算比較，論證了其可行性和經濟性，并結合工程實踐，對保溫設計中幾個常見問題進行分析探討。

1 超超臨界機組保溫設計的優化探討

某超超臨界機組電廠的保溫優化設計中，將保溫結構外表面溫度限值確定為45℃，而常規保溫設計中該限值為50℃。現以某工程中具有代表性的主蒸汽、再熱熱段、再熱冷段為例，對兩種限值的散熱損失和保溫初投資比較計算，說明保溫設計優化的過程以及取得的效益。

保溫設計的原始數據見表1，以再熱熱段蒸汽管道為例進行計算，其計算過程和依據詳見表2，最后將上述管道的主要計算結果匯總于表3。

由計算結果可知，對高溫大口徑管道，采用保溫設計優化較保溫常規設計，雖然保溫結構初投資稍有增加，但是主蒸汽、再熱熱段和冷段的單臺機組全壽命期(按20年折現)綜合收益分別為7.83萬元、7.74萬元和7.47萬元，經濟優勢明顯。

表1 保溫設計原始數據表

通過對高溫大口徑管道保溫設計優化的典型數據分析，可以看出，因保溫優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)總體收益增加較多，2臺機組的主汽再熱管道可增加收益共約46萬元。所以，從長遠來看，保溫設計優化不但利于降低電廠環境溫度，改善生產和工作環境，而且利于長期運行提高經濟性。

因此，降低外表面限制溫度開展保溫設計優化是可行的，即對高溫大口徑管道，適當降低高溫管道或設備的保溫結構外表面溫度至45℃，采用保溫設計優化較保溫常規設計，雖然保溫結構初投資稍有增加，但在機組全壽命期(按20年折現)綜合收益可觀，經濟性優勢明顯。

表2 再熱熱段蒸汽管道保溫設計依據和過程表

2 保溫設計中常見問題分析

2.1 保溫材料選擇

從保溫規程及各保溫材料物性表中可以看出，在介質溫度小于350℃時，保溫材料可以選擇高溫玻璃棉制品或巖棉制品。保溫設計中也沒有具體的選擇準則，可根據業主的要求開展設計〔2〕。高溫玻璃棉制品較巖棉制品有密度低、使用安全溫度高、導熱系數低等優點，且巖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“經濟厚度”方法(經濟厚度為保溫結構表面散熱損失年費用和保溫結構投資的年分攤費用之和為最小值時的保溫層計算厚度)，進行保溫計算，結果見表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，而且市場上兩者的價格差異不大，因此高溫玻璃棉制品具有優勢，介質溫度小于350℃時的保溫材料應優先選用高溫玻璃棉制品。

表4 供汽管道保溫計算結果

2.2 不同工程要求不同的保溫計算原則

文獻〔1〕規定的保溫計算原則是根據國家標準《設備及管道保溫技術道則》GB 4272/T—2008編制的，后者明確規定:為減少保溫結構散熱損失的保溫層厚度應按“經濟厚度”的方法計算，并且其散熱損失不得超過規定值。按“經濟厚度”的方法計算后，還需要經過外表面散熱損失和表面溫度校核〔4〕。根據以往經驗，高溫大口徑管道(尤其是“四管”)，按“經濟厚度”法計算后，其表面溫度可能超標，因此需要對其保溫層進行加厚處理。

但在實際工程中，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介質溫度情況控制外表面溫度，還要滿足散熱損失不超過規定值。因此從熱經濟性角度，建議根據管道內部流體介質情況，按照“經濟厚度”計算方法初算，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”來計算保溫厚度，適當增加保溫層厚度。雖然保溫材料厚度增加，前期材料費用增加，但外表面溫度降低到一定值時，達到了減少散熱損失的目的，從長遠來看，能保證全廠的熱經濟性。

2.3 保溫材料性能要求與實際到貨不一致

保溫設計與保溫材料采購是在不同的時間完成的，設計采用的保溫材料性能數據與廠家實際到貨往往有差異〔3〕，一般在規定的范圍內。但有時該差異卻很大，可能須重新進行保溫設計。

因此保溫設計之前就確定保溫材料生產廠家，設計時要求廠家提供滿足要求的保溫材料的性能參數，廠家生產的材料的實際性能必須與所提供數據一致。或者要求生產廠家完全按照保溫設計中的材料性能參數來制造滿足要求的材料。

2.4 極端天氣的影響

保溫設計時，一般對室外環境溫度取當地的年平均溫度計算。但是，對某些地區電力工程的室外管道或設備，冬夏兩季可能會出現極端氣候。因此在滿足按“經濟厚度”法計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，保溫結構外表面溫度有可能升高到60℃以上，有可能發生燙傷的危險；冬季溫度降低，防凍要求不能滿足，既有生產的安全性問題，又影響設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，對室外布置的管道或設備，利用極端天氣的室外環境溫度進行保溫或防凍計算，增加保溫層厚度。

3 結論

1)在保溫設計中，保溫層外表面限制溫度由50℃降低到45℃，保溫結構初投資稍有增加，但綜合收益較高。

2)介質溫度小于350℃時的保溫材料宜優先選用高溫玻璃棉制品。

3)保溫計算按照“經濟厚度”計算方法初算，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”來計算保溫厚度，適當增加保溫層厚度。

4)保溫設計之前就確定保溫材料的提供廠家或者要求生產廠家完全按照保溫設計中的材料性能參數來制造滿足要求的材料。

5)對室外布置的管道或設備，可利用極端天氣的室外環境溫度進行保溫或防凍計算。

〔1〕中華人民共和國國家發展和改革委員會.火電廠保溫油漆設計規程:DL/T 5072—2007〔S〕.北京:中國電力出版，2007.〔2〕周鎮平，徐雪松.電站設備保溫節能工程實踐〔J〕.浙江電力，2012，31(10):62-64.

〔3〕趙遠洋.火電廠耐火保溫材料設計及施工中存在的問題〔J〕.電力建設，2002(2):13-15.

〔4〕幺莉.火力發電廠熱力設備和管道保溫的優化設計〔D〕.武漢:華中科技大學，2004.

TK264.11

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1008-0198(2016)01-0046-03

王正華(1976)，男，安徽人，高級工程師，碩士研究生，從事火電廠機務專業技術及管理工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.01.013

2015-04-27 改回日期:2015-06-18