淺談嚴(yán)寒地區(qū)余熱發(fā)電系統(tǒng)的保溫防凍措施

孫政軍，徐 寧，黃國平，朱方青

（南京凱盛開能環(huán)保能源有限公司，南京 210036）

我國北方嚴(yán)寒地區(qū)的水泥廠及鐵合金廠的余熱發(fā)電系統(tǒng)中，包含有很多的熱力設(shè)備和熱力管道。如何減少熱量損失，預(yù)防設(shè)備和管道凍結(jié)，將直接影響發(fā)電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，對企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及運(yùn)轉(zhuǎn)效率有著非常大的關(guān)系。

南京凱盛開能環(huán)保能源有限公司總承包了較多北方嚴(yán)寒地區(qū)的余熱發(fā)電項目，現(xiàn)以內(nèi)蒙古的項目為案例，簡介防凍保溫措施：該項目建設(shè)有2套汽輪發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)，及6臺余熱鍋爐，管網(wǎng)系統(tǒng)龐大。因地處內(nèi)蒙古地區(qū)，冬季非常寒冷，年平均氣溫4.5℃，極端最低氣溫-34.4℃，保溫及防凍設(shè)計是該項目的設(shè)計方案的重點(diǎn)之一，其采用了蒸汽伴熱和電伴熱相結(jié)合的方案。

根據(jù)設(shè)計規(guī)范要求，具有下列情況之一的設(shè)備、管道及其附件必須按不同要求予以保溫。

（1）介質(zhì)溫度高于50℃且需要減少散熱損失。

（2）要求防凍、防凝露者或延遲介質(zhì)凝結(jié)的部位。

（3）工藝生產(chǎn)中不需要保溫的、其外表面溫度超過60℃，而又無法采取其它措施防止?fàn)C傷人員的部位。

①管道距地面或平臺的高度小于2 100mm。

②靠操作平臺水平距離小于750mm。

（4）室外常溫水箱在長江以南不用保溫，長江以北進(jìn)行保溫。

室外布置的余熱鍋爐本體及室外汽水管線和輔助設(shè)備，其設(shè)備、管道及附件不僅要有常規(guī)的保溫措施，還必須按不同要求進(jìn)行防凍方案設(shè)計。本項目的防凍保溫措施，如室外給水管道采用蒸汽伴熱，室外蒸汽管道有閥門操作地方和疏放水點(diǎn)盡量就近布置在原生產(chǎn)車間或保溫間內(nèi)，管道測點(diǎn)等儀表采用電伴熱，管道盡量采用水平補(bǔ)償?shù)鹊取?/p>

1 保溫防凍措施

1.1 保溫房設(shè)計

（1）爐頂汽包間。采用密閉保溫小室，將鍋爐汽包上的液位、壓力等儀表置于爐頂小室內(nèi)。為進(jìn)一步防范各傳感器導(dǎo)管及其儀表凍壞，在儀表導(dǎo)管上設(shè)置內(nèi)層巖棉或者硅酸鋁氈、中層電伴熱帶、外層設(shè)巖棉和鐵皮護(hù)板。

（2）零米保溫房。保溫房地面至一米高范圍采用磚墻砌筑，避免大風(fēng)沙造成損壞，影響保溫防凍效果；墻體的上部采用加厚的巖棉夾心板。檢查各處漏風(fēng)，加以封堵，其中，鍋爐灰斗在保溫房內(nèi)的部分裸露放熱，但應(yīng)特別注意灰斗與保溫房頂面接近處用巖棉封堵。

1.2 管道保溫措施

防凍措施原則：首先，確保熱源，如蒸汽或電伴熱。若無熱源時，想盡一切辦法確保設(shè)計的疏水系統(tǒng)能排盡，遇到無法排盡的地方，考慮烘干鎢燈、取暖器等設(shè)備。

（1）鍋爐本體管道疏水、排污管道。

①鍋爐疏水一次門分散開布置方式。鍋爐本體疏水系統(tǒng)疏水一次門至疏水開口點(diǎn)的直管段盡量靠近鍋爐爐墻，且盡量短（5～10cm左右），管道布置在爐墻保溫層內(nèi)接到疏水母管，該管道垂直布置在鍋爐鋼架邊。二次門和疏水母管整體保溫，做成保溫箱，利用排污管道的散熱整體采暖，以免閥門和管道凍裂。冬季運(yùn)行時，疏水二次門全開，利用一次門調(diào)節(jié)。②鍋爐疏水、排污在保溫房內(nèi)集中布置閥門，對集中布置的水閥排整體采取進(jìn)一步的保溫和伴熱（電伴熱或蒸汽伴熱）措施。③在疏水閥前支管中沒有排在爐墻內(nèi)的部分采用電伴熱。

（2）鍋爐給水操作平臺及給水閥組。

布置在鍋爐平臺下面或旁邊，設(shè)置保溫密閉小室，參零米保溫房方案。另外，室內(nèi)可設(shè)電加熱板，電加熱板功率的選擇，確保保溫小室內(nèi)氣溫在零度以上。

（3）汽水管道。

本項目余熱鍋爐6臺，相互之間距離較遠(yuǎn)，室外管網(wǎng)較長、較復(fù)雜。現(xiàn)場布置采用了分區(qū)域設(shè)置母管方法，并盡量借用了業(yè)主的生產(chǎn)線車間用于設(shè)置支架和室內(nèi)疏放水點(diǎn)，設(shè)計同時將方案提交給現(xiàn)場進(jìn)行了確認(rèn)等。其他要求：

①管道需保證合理的坡度，其疏、放水點(diǎn)要求統(tǒng)一布置在各車間內(nèi)，并適當(dāng)加大疏、放水管徑。

②低點(diǎn)應(yīng)設(shè)置放水（疏水）閥，并在低位處設(shè)置1m左右管段采用法蘭連接，疏（放）水閥及管道必須嚴(yán)格保溫。疏水點(diǎn)的一次閥盡量靠近主管道（50～100mm）,防止盲腸管道，閥門連同主管道一起保溫。二次閥布置在方便操作位置（標(biāo)高1.00m）。在冰凍天氣，鍋爐停運(yùn)期間，鍋爐給水、主蒸汽、補(bǔ)汽、疏水等管道均應(yīng)放水放盡,可采用拆除法蘭連接段來進(jìn)行快速放水，將水放凈。給水管道正常放水時，二次門全開，一次門調(diào)節(jié)開度，一般在一次門處設(shè)置操作平臺（難以滿足時單獨(dú)給疏水做伴熱措施）。氣溫高的季節(jié)，用二次門調(diào)節(jié)，方便操作。

③根據(jù)本項目給水管徑及參數(shù)，蒸汽伴熱管管徑選取為DN20。伴管布置要求：a.蒸汽伴管應(yīng)在管道需要伴熱部位的最高點(diǎn)開始引入，至最低點(diǎn)離開。b.被伴熱管道上需經(jīng)常拆卸維修的部位，其蒸汽或熱水伴管應(yīng)裝活接頭或法蘭連接，如控制閥、安全閥、轉(zhuǎn)子流量計等，伴熱管道的分支采用三通連接。c.加熱空間內(nèi)不得以保溫材料或勾縫用料加以堵塞或填充，以保證加熱空間見圖1。d.管道伴熱時，可將伴管的中點(diǎn)固定在被伴熱管道上。也可以將伴管統(tǒng)一考慮，設(shè)置一個膨脹環(huán)，使其自然補(bǔ)償見圖2。e.每根蒸汽/熱水伴管應(yīng)有其獨(dú)立的供汽/供水閥和冷凝液疏水閥，不宜與其他伴管合并疏水，通過疏水閥后的不回收疏水宜集中排放。

圖1 圖形保溫結(jié)構(gòu)（單根伴熱管）

圖2 伴熱膨脹彎示意圖

（4）對于儀表防凍,采用保溫箱+電伴熱帶的方式。

電伴熱系統(tǒng)設(shè)計以冬季不發(fā)生結(jié)凍為原則：

①室外儀表管一般選用自調(diào)控伴熱帶，包括相應(yīng)的附件。

②當(dāng)被測介質(zhì)沖管時最高溫度不高于153°C時，保溫層1可不用，伴熱帶直接貼靠導(dǎo)管敷設(shè)，保溫層2的內(nèi)徑改為16mm；對于管內(nèi)介質(zhì)溫度超過153℃時，保溫層應(yīng)有兩層，內(nèi)層不小于10mm厚度，外層為30mm厚，伴熱帶敷設(shè)在兩層之間，防止管壁溫度過高燙壞電伴熱帶防護(hù)層使電伴熱帶短路見圖3。

③保溫材料選用成型巖棉管殼，其導(dǎo)熱系數(shù)小于0.045KCal/m.h.℃；防護(hù)層采用0.35mm厚的薄鋁皮(或與全廠管路防護(hù)用材料一致)。

④變送器設(shè)在保溫箱內(nèi)，箱內(nèi)有電加熱器，通過溫控開關(guān)來控制保溫箱內(nèi)的溫度。

圖3 單根導(dǎo)管伴熱帶施工示意圖

（5）其他。

①清水箱、除鹽水箱嚴(yán)寒地區(qū)必須布置在室內(nèi)，且室內(nèi)必須采暖，其連接水管盡可能地埋在凍土層以下，在室內(nèi)鉆出地面。

②停爐時，出地面的水管及防凍旁路設(shè)排水管，要將水管放空。兩種措施如下：

方式1：循環(huán)水管道從地下出來接到冷卻塔切斷蝶閥前，用100mm的巖棉保溫，外包鍍鋅鐵皮，并設(shè)置防凍疏水閥，確保能把地上管道水排盡見圖4。

圖4 防凍排水管示意圖

方式2：嚴(yán)寒地區(qū)循環(huán)水進(jìn)冷卻塔管道切斷閥門布置于閥門井內(nèi)，并在給水和回水管道上布置一處低點(diǎn)疏水閥門井。冬季停爐時，確保能把凍土層以上管道水能排至閥門井內(nèi)的集水坑中，并用潛水泵將水打到排水系統(tǒng)中。

2 結(jié) 語

上述內(nèi)容主要是該項目現(xiàn)場采用的部分簡單、實(shí)用的防凍措施，其他細(xì)節(jié)仍需以設(shè)計規(guī)范為依據(jù)，結(jié)合各項目現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整，從而確定更合理的方案。大家必須重視細(xì)節(jié)的處理，才能確保熱力設(shè)備和熱力管網(wǎng)的保溫防凍安全性；同時，生產(chǎn)運(yùn)行的管理制度及對防凍的重視程度也是非常重要的一環(huán)。