水電站供排水管道結露原因分析及處理方法研究

摘要：在水電站運行過程中，供排水管道的結露是一種常見情況，對設備的自動化運行以及設備的整潔性等均有很大的影響。文章首先對水電站供排水管出現結露對管道造成的影響進行了分析，然后對水電站供排水管出現結露的基本原理和主要原因進行了分析，提出了水電站供排水管道結露的處理措施。

關鍵詞：水電站；供排水管道；結露原因；處理方法；通風系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV737 文章編號：1009-2374（2016）32-0119-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.059

水電站供排水管表面經常會遇到結露的情況，出現這種情況主要是因為管道系統濕度比較大、管道系統所處的環境溫度過高，導致管道外部的溫度比管道環境空氣露點溫度低造成的。出現管道結露后會對設備的整潔性以及設備的自動化程度造成比較大的影響，需要采取相應的措施來處理結露。

1 供排水管道結露造成的影響

水電站運行過程中，由于電站所處的位置不同，取水方式也有所不同，導致供水水源溫度和廠房環境溫度之間存在溫度差，當溫度差值過大時，管道外壁就有可能會產生結露的情況。長時間的結露會導致供排水管道對于地面下部出現白色碳酸鈣結晶，這些結晶會對設備的清潔性和自動化程度造成一定的影響，降低電站設備運行的安全性。同時結露降水過多時，地面會處于濕滑的狀態下，會增加設備檢修難度。

2 水電站供排水管道結露出現的原因

2.1 空氣濕度和溫度的影響

供排水管道出現結露主要是因為冷熱空氣對流交換造成的。在管道對流換熱過程中，熱量的轉移需要利用流體來進行對流和導熱，因此管道對流換熱不僅是受對流規律的影響，同時還會受導熱規律的影響。對流換熱是一種非常復雜的情況，是由一系列復雜的因素造成的，從運動學理論的角度來說，產生流動主要可以分為自由運動和受迫運動兩種。其中受迫運動下的對流屬于強制對流，是攪拌、風機等外力因素下對流體進行作用后產生的運動。自由運動指的是流體內部因為各個部分冷熱不均勻而造成的運動，例如爐墻壁、暖氣片、供水管道周圍空氣產生的運動，這種情況下產生的對流換熱屬于自然對流換熱。通常情況下，當流體受迫運動時，流動速度要遠遠超過自由運動時的速度，因此相同流體受迫運動所產生的熱量也要遠遠超過自由運動時產生的熱量。在氣體運動過程中，由于自身具有一定的粘性，會在壁面產生摩擦，受摩擦作用的影響壁面四周會處于層流狀態下，隨著流速的不斷加快，氣體會產生相互干擾、相互擾動的旋渦，此時氣體會處于湍流的狀態下，層流底層的熱量會順著壁面線的方向傳遞熱量，湍流體的傳熱強度也要遠遠優于層流的傳熱強度。當流體是給定的，流動速度越快，層流底層就越薄，產生的放熱量也就越大，放熱系數a也會隨之增加。當管道布置在室內時，在不考慮風力因素和其他因素的情況下，可以使用下述公式計算a值：

總而言之，水電站供排水管道的結露現象想要消除，必須要保證管道外壁溫度大于空氣露點問題，并做好隔熱處理。

2.2 電站通風系統的影響

由于電站廠房主要使用機械進排風和自然進排風的方式進行通風。在實際運行過程中，主廠房會利用直流式的方式組織氣流。主送風系統會將自然風送入到主廠房的夾層、廠房發電機層、灌漿觀測廊道層、水輪基層，然后進入到主廠房下游側的廊道中，并從下游側各層廊道排風系統排出熱濁空氣。但是由于廠房空間比較大，氣流、冷量和室外空氣交換難免會受到影響，會導致出現結露的情況。

3 管道結露處理的措施

3.1 隔熱體的設計重點

在對水電站供排水管道結露進行控制時，要以降低冷熱量對流交換為基本原則。為了徹底阻斷熱空氣和冷水管產生對流交換，避免管道表面結露，可以使用物體覆蓋到管道表面進行絕熱，保證常溫環境下管道外部保護層的溫度大于環境的露點溫度。因為管道處在低溫的環境狀態下，管道外部表面很容易受到腐蝕，需要增設防銹層。由于水電站供排水管道和油氣管道不同，需要設置標識層，所以設計水電站供排水管道防結露保護層時，需要綜合考慮防腐層、保護層、防潮層、保冷層、防銹層、標識層等方面的結構設計。

在設計水電站供排水管道隔熱體時，設計的重點是科學計算保冷層。需要在防止保冷層外表面不結露的情況下準確計算出保冷層的厚度，并計算出冷量的損失，避免保冷層外表面和供排水管道外表面出現結露。按照規定要求，為了降低水冷量的損失，需要按照保冷層表面不結露的原則對保冷層的厚度進行計算。因此在進行設計時，保冷層外表面的溫度至少要比環境露點溫度高出0.3℃，而根據英國的規定標準，保冷層外表面溫度要比環境露點溫度高0.56℃。由于我國地域廣袤，不同地區的氣象差異非常大，在對保冷層厚度進行計算時，主要使用經濟厚度法進行計算，然后利用熱平衡法對外表面溫度進行校核，要求保冷層的外表面溫至少要比露點溫度高出0.3℃，以此來避免保冷層外表面結露，降低冷量的損失。而對于供排水管道來說，不需要對冷量的損失進行考慮，只需要使用表面溫度法對保冷層的厚度進行計算，就可以解決管道外表面結露的問題。

因為保冷結構主要包括防潮層、防銹層、保護層等，保護層比較薄，產生的熱阻也比較小，因此保冷結構表面溫度可以按照保冷層外表面溫度進行計算，得出的計算結果就為防止外表面結構結露的保冷層厚度。在計算保冷層外表面厚度時，需要根據給定的絕熱層表面溫度來對絕熱層厚度進行計算，當金屬壁熱阻和管道內表面熱阻可以不予考慮時，金屬壁表面溫度和介質溫度相同，在不考慮金屬保護層絕熱的情況下，表面溫度就是保冷絕熱層外表面溫度。可以使用下述公式計算供排水管道的保冷絕熱層厚度：

3.2 送風系統的設計

為了提高電廠的通風能力，設計采用為正壓送風來提高新風比例。送風參數按照下述原則來進行設計：（1）通過通風空調風量將廠內的余帶走，保證設備溫度恒定；（2）要求可以達到廠內所有主要設備通風換氣次數的規定要求；（3）為了保證工作場所環境的干燥，所有結露場所的風速要求達到0.5m/s；（4）通風要可以達到人體舒適度的要求，溫度控制在23℃～28℃，濕度控制在40%～60%之間，風速要控制在0.2～0.5m/s之間；（5）盡可能使用通風空調系統的接力風機、風口、風道等進行通風；（6）具有良好的節能性。

4 結語

綜上所述，在處理電站排水管道結露現象時，可以通過在管道外壁增設隔熱保溫層來防止出現結露的情況。在實際施工過程中，還需要使用式（3）來計算保冷層的厚度，并利用式（5）進行核對，保證環境露點溫度低于給排水管道外壁表面的溫度，杜絕水電站供排水管道出現結露的情況，提高給排水管道運行的穩定性和安全性。

參考文獻

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[2] 楊世銘.傳熱學[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3] 王巧云.設備及管道絕熱應用技術手冊[M].北京：中國標準出版社，2008.

作者簡介：李成恩（1982-），男，四川成都人，長江電力股份有限公司中級工程師，研究方向：供排水。

（責任編輯：秦遜玉）