火电厂保温设计优化及常见问题分析.pdf

ｄｏｉ１０􀆱 ３９６９/ ｊ􀆱 ｉｓｓｎ􀆱 １００８￣０１９８􀆱 ２０１６􀆱 ０１􀆱 ０１３ 火电厂保温设计优化及常见问题分析 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏｍｍｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｔ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ 王正华ꎬ 张珊ꎬ 朱科ꎬ 谢毅 中国能建湖南省电力设计院有限公司ꎬ 湖南 长沙 ４１０００７ 摘 要 本文结合某超超临界机组的高温管道ꎬ 从降低保温层外表面限制温度出发开展 保温设计优化探讨ꎬ 降低保温层外表面限制温度到 ４５ ℃ꎬ 具有可行性和经济性ꎮ 并对 在保温设计中遇到的问题如保温材料的选择、 计算原则、 天气影响等进行了分析ꎬ 提出 相应建议ꎮ 关键词 保温ꎻ 设计优化ꎻ 材料 中图分类号 ＴＫ２６４􀆱 １１ 文献标志码 Ｂ文章编号 １００８￣０１９８２０１６０１￣００４６￣０３ 收稿日期 ２０１５￣０４￣２７ 改回日期 ２０１５￣０６￣１８ 为了减少电厂设备和管道的散热损失ꎬ 提高经 济效益ꎬ 文献 〔１〕 对火电厂保温规定 保温结构 外表面温度限值为 ５０ ℃ꎬ ５０ ℃成为保温设计外表 温度限值的基准点〔１〕ꎮ 文中结合某超超临界火电 机组的高温管道保温设计ꎬ 将保温结构外表面温度 限值降为 ４５ ℃ꎮ 经计算比较ꎬ 论证了其可行性和 经济性ꎬ 并结合工程实践ꎬ 对保温设计中几个常见 问题进行分析探讨ꎮ １ 超超临界机组保温设计的优化探讨 某超超临界机组电厂的保温优化设计中ꎬ 将保 温结构外表面温度限值确定为 ４５ ℃ꎬ 而常规保温 设计中该限值为 ５０ ℃ꎮ 现以某工程中具有代表性 的主蒸汽、 再热热段、 再热冷段为例ꎬ 对两种限值 的散热损失和保温初投资比较计算ꎬ 说明保温设计 优化的过程以及取得的效益ꎮ 保温设计的原始数据见表 １ꎬ 以再热热段蒸汽 管道为例进行计算ꎬ 其计算过程和依据详见表 ２ꎬ 最后将上述管道的主要计算结果汇总于表 ３ꎮ 由计算结果可知ꎬ 对高温大口径管道ꎬ 采用保 温设计优化较保温常规设计ꎬ 虽然保温结构初投资 稍有增加ꎬ 但是主蒸汽、 再热热段和冷段的单台机 组全寿命期 按 ２０ 年折现 综合收益分别为 ７􀆱 ８３ 万元、 ７􀆱 ７４ 万元和 ７􀆱 ４７ 万元ꎬ 经济优势明显ꎮ 表 １ 保温设计原始数据表 管道名称 管道外 径/ ｍｍ 设计温 度/ ℃ 管道长 度/ ｍ 保温材料 主蒸汽Φ５６５６１５２７２硅酸铝 再热热段蒸汽Φ８２５６２８２８５硅酸铝 再热冷段蒸汽Φ１ ２１９５３０１０８硅酸铝 再热冷段蒸汽Φ８１３５３０９６硅酸铝 通过对高温大口径管道保温设计优化的典型数 据分析ꎬ 可以看出ꎬ 因保温优化后的保温厚度虽有 所增加ꎬ 初投资虽然增加ꎬ 但全寿命期 按 ２０ 年 折现 总体收益增加较多ꎬ ２ 台机组的主汽再热管 道可增加收益共约 ４６ 万元ꎮ 所以ꎬ 从长远来看ꎬ 保温设计优化不但利于降低电厂环境温度ꎬ 改善生 产和工作环境ꎬ 而且利于长期运行提高经济性ꎮ 因此ꎬ 降低外表面限制温度开展保温设计优化 是可行的ꎬ 即对高温大口径管道ꎬ 适当降低高温管 道或设备的保温结构外表面温度至 ４５ ℃ꎬ 采用保 温设计优化较保温常规设计ꎬ 虽然保温结构初投资 稍有增加ꎬ 但在机组全寿命期 按 ２０ 年折现 综 合收益可观ꎬ 经济性优势明显ꎮ 􀅱６４􀅱 第 ３６ 卷第 １ 期 湖 南 电 力 ＨＵＮＡＮ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ ２０１６ 年 ２ 月 表 ２ 再热热段蒸汽管道保温设计依据和过程表 项目优化设计原设计 管道外径 Ｄ０/ ｍｍ８２５８２５ 设计温度 ｔ/ ℃６２８６２８ 环境温度 ｔａ/ ℃２０２０ 外表面控制温度/ ℃４５５０ 外表面实际温度 ｔｓ/ ℃程序计算４４􀆱 ６４９􀆱 １ 保温厚度 δ/ ｍｍ程序计算３５０３００ 保温结构外径 Ｄ１/ ｍｍ８２５＋２３５０＝１ ５２５８２５＋２３００＝１ ４２５ 导热系数 λ/ Ｗ􀅱ｍ􀅱Ｋ －１ ０􀆱 ０３２＋０􀆱 ０００ ２６２８＋４４􀆱 ６ /２＝０􀆱 ０９９ ２６０􀆱 ０３２＋０􀆱 ０００ ２６２８＋４９􀆱 １ / ２＝０􀆱 ０９９ ７１ 换热系数 α/ Ｗ􀅱ｍ２􀅱Ｋ －１ ５􀆱 ０４０保温规程表 ７􀆱 ４.８ 内插５􀆱 ０５２保温规程表 ７􀆱 ４.８ 内插 散热损失 ｑ/ Ｗ􀅱ｍ －２ １２３􀆱 ６保温规程公式 ７􀆱 ３.１－２１４８􀆱 ２保温规程公式 ７􀆱 ３.１－２ 总散热损失 ｑ/ ｋＷ１２３􀆱 ６π１􀆱 ５２５２８５/１ ０００＝１６８􀆱 ８１４８􀆱 ２π１􀆱 ４２５２８５/１ ０００＝１８９􀆱 １ 折算总散热损失 ｑ/ ｋＪ􀅱ｈ －１ １６８􀆱 ８３ ６００＝６０７ ６８０１８９􀆱 １３ ６００＝６８０ ７６０ 折算小时标煤损失/ ｋｇ􀅱ｈ －１ ６０７ ６８０/ ７ ０００４􀆱 １８６ ８＝ ２０􀆱 ７３６８０ ７６０/ ７ ０００４􀆱 １８６ ８＝ ２３􀆱 ２３ 折算年标煤损失/ ｔ􀅱ａ －１ １０３􀆱 ６５１１６􀆱 １５ 保温结构初投资/ 元６５０２８５π１􀆱 ５２５２－０􀆱 ８２５２ /４＝２３９ ３３９６５０２８５π１􀆱 ４２５２－０􀆱 ８２５２ / ４＝１９６ ４１８ 保温结构初投资差值/ 元４２ ９２１基准 表 ３ 保温设计数据汇总表 项 目 主蒸汽管道 优化设计 原设计 再热热段管道 优化设计 原设计 再热冷段管道主 优化设计 原设计 再热冷段管道支 优化设计 原设计 管道外径/ ｍｍΦ５６５Φ５６５Φ８２５Φ８２５Φ１ ２１９Φ１ ２１９Φ８１３Φ８１３ 设计温度/ ℃６１５６１５６２８６２８５３０５３０５３０５３０ 保温厚度 δ/ ｍｍ３４０２７０３５０３００２９０２５０２６０２２０ 外表面温度 ｔｓ/ ℃ ４４􀆱 ６４９􀆱 ０４４􀆱 ６４９􀆱 ３４４􀆱 ５４８􀆱 ９４４􀆱 ６４８􀆱 ９ 折算年标煤损失/ ｔ􀅱ａ －１ ７５􀆱 ７２８８􀆱 ６４１０３􀆱 ６５１１６􀆱 １５４６􀆱 ４７５２􀆱 ４０３２􀆱 ４６３６􀆱 ８９ 年标煤损失差值/ ｔ􀅱ａ －１ 基准＋１２􀆱 ９２基准＋１２􀆱 ５基准＋５􀆱 ９３基准＋４􀆱 ４３ 年标煤损失差值/ 万元􀅱ａ －１ 基准＋１􀆱 １８基准＋１􀆱 １４基准＋０􀆱 ５４基准＋０􀆱 ４１ 保温结构初投资/ 万元１７􀆱 ３４１２􀆱 ７２２３􀆱 ９３１９􀆱 ６４９􀆱 ６５８􀆱 １０５􀆱 ４７４􀆱 ４６ 初投资差值/ 万元基准－４􀆱 ６２基准－４􀆱 ２９基准－１􀆱 ５５基准－１􀆱 ０１ 全寿命周期 按 ２０ 年计 综合收益/ 万元基准－７􀆱 ８３基准－７􀆱 ７４基准－４􀆱 １５基准－３􀆱 ３２ 注 １ “优化设计” 为保温设计优化ꎬ “原设计” 为常规保温设计ꎮ ２ 年金现值系数按 １０􀆱 ５５ꎻ 标煤价按 ９１５ 元/ ｔꎬ 硅酸铝保温材料按 ６５０ 元/ ｍ３ꎮ ２ 保温设计中常见问题分析 ２􀆱 １ 保温材料选择 从保温规程及各保温材料物性表中可以看出ꎬ 在介质温度小于 ３５０ ℃时ꎬ 保温材料可以选择高温 玻璃棉制品或岩棉制品ꎮ 保温设计中也没有具体的 选择准则ꎬ 可根据业主的要求开展设计〔２〕ꎮ 高温 玻璃棉制品较岩棉制品有密度低、 使用安全温度 高、 导热系数低等优点ꎬ 且岩棉制品存在一定的 污染ꎮ 为了更直观的比较高温玻璃棉制品和岩棉制品 的差异ꎬ 以供汽管道 Φ２７３ ｍｍ６􀆱 ５ ｍｍꎬ 材料 ２０ꎬ Ｔ 为 ２７９ ℃ꎬ Ｌ 为 ２０ ｍꎮ 为例ꎬ 采用 “经济 厚度” 方法 经济厚度为保温结构表面散热损失 年费用和保温结构投资的年分摊费用之和为最小值 时的保温层计算厚度ꎬ 进行保温计算ꎬ 结果见 表 ４ꎮ 从表中可以看出ꎬ 采用高温玻璃棉管壳较采用 岩棉管壳ꎬ 保温层厚度薄、 单位长度管重小、 保温 层外壁面温度低、 散热损失少、 所需材料量少ꎬ 而 且市场上两者的价格差异不大ꎬ 因此高温玻璃棉制 品具有优势ꎬ 介质温度小于 ３５０ ℃时的保温材料应 􀅱７４􀅱 第 ３６ 卷第 １ 期王正华等 火电厂保温设计优化及常见问题分析２０１６ 年 ２ 月 优先选用高温玻璃棉制品ꎮ 表 ４ 供汽管道保温计算结果 项目高温玻璃棉管壳岩棉管壳 介质温度/ ℃２７９２７９ 管道外形尺寸/ ｍｍ２７３􀆱 ０２７３ 管道壁厚/ ｍｍ６􀆱 ５６􀆱 ５ 安装地点室内室内 保温层厚度/ ｍｍ１１０１２０ 保温层重量/ ｋｇ􀅱ｍ －１ ７􀆱 ９４２２􀆱 ２２４ 电算用管道 有水/ 无水 总重/ ｋｇ􀅱ｍ －１ １０９􀆱 ８４/５６􀆱 ７５１２４􀆱 ３６８/７１􀆱 ２７５ 复合面及表面温度/ ℃３４􀆱 ３３５􀆱 ２ 散热损失/ Ｗ􀅱ｍ －２ ７６􀆱 ５３８１􀆱 ８１ 所需材料量/ ｍ３２􀆱 ６５３􀆱 １１ ２􀆱 ２ 不同工程要求不同的保温计算原则 文献 〔１〕 规定的保温计算原则是根据国家标 准 设备及管道保温技术道则 ＧＢ ４２７２/ Ｔ２００８ 编制的ꎬ 后者明确规定 为减少保温结构散热损失 的保温层厚度应按 “经济厚度” 的方法计算ꎬ 并 且其散热损失不得超过规定值ꎮ 按 “经济厚度” 的方法计算后ꎬ 还需要经过外表面散热损失和表面 温度校核〔４〕ꎮ 根据以往经验ꎬ 高温大口径管道 尤其是 “四管” ꎬ 按 “经济厚度” 法计算后ꎬ 其表面温度可能超标ꎬ 因此需要对其保温层进行加 厚处理ꎮ 但在实际工程中ꎬ 有些工程只要求控制外表面 温度ꎬ 并不需要控制散热损失ꎻ 而某些工程要求不 仅要根据介质温度情况控制外表面温度ꎬ 还要满足 散热损失不超过规定值ꎮ 因此从热经济性角度ꎬ 建 议根据管道内部流体介质情况ꎬ 按照 “经济厚度” 计算方法初算ꎬ 然后校核管道外表面温度及散热损 失ꎬ 如果外表面温度超值ꎬ 则按照 “控制表面温 度” 来计算保温厚度ꎬ 适当增加保温层厚度ꎮ 虽 然保温材料厚度增加ꎬ 前期材料费用增加ꎬ 但外表 面温度降低到一定值时ꎬ 达到了减少散热损失的目 的ꎬ 从长远来看ꎬ 能保证全厂的热经济性ꎮ ２􀆱 ３ 保温材料性能要求与实际到货不一致 保温设计与保温材料采购是在不同的时间完成 的ꎬ 设计采用的保温材料性能数据与厂家实际到货 往往有差异〔３〕ꎬ 一般在规定的范围内ꎮ 但有时该 差异却很大ꎬ 可能须重新进行保温设计ꎮ 因此保温设计之前就确定保温材料生产厂家ꎬ 设计时要求厂家提供满足要求的保温材料的性能参 数ꎬ 厂家生产的材料的实际性能必须与所提供数据 一致ꎮ 或者要求生产厂家完全按照保温设计中的材 料性能参数来制造满足要求的材料ꎮ ２􀆱 ４ 极端天气的影响 保温设计时ꎬ 一般对室外环境温度取当地的年 平均温度计算ꎮ 但是ꎬ 对某些地区电力工程的室外 管道或设备ꎬ 冬夏两季可能会出现极端气候ꎮ 因此 在满足按 “经济厚度” 法计算保温厚度的前提下ꎬ 还必须充分考虑极端天气情况〔４〕ꎮ 比如夏季高温ꎬ 保温结构外表面温度有可能升高到 ６０ ℃以上ꎬ 有 可能发生烫伤的危险ꎻ 冬季温度降低ꎬ 防冻要求不 能满足ꎬ 既有生产的安全性问题ꎬ 又影响设备或者 管道的使用寿命ꎮ 因此考虑夏季高温和冬季低温的极端天气ꎬ 对 室外布置的管道或设备ꎬ 利用极端天气的室外环境 温度进行保温或防冻计算ꎬ 增加保温层厚度ꎮ ３ 结论 １ 在保温设计中ꎬ 保温层外表面限制温度由 ５０ ℃降低到 ４５ ℃ꎬ 保温结构初投资稍有增加ꎬ 但 综合收益较高ꎮ ２ 介质温度小于 ３５０ ℃时的保温材料宜优先 选用高温玻璃棉制品ꎮ ３ 保温计算按照 “经济厚度” 计算方法初 算ꎬ 然后校核管道外表面温度及散热损失ꎬ 如果外 表面温度超值ꎬ 则按照 “控制表面温度” 来计算 保温厚度ꎬ 适当增加保温层厚度ꎮ ４ 保温设计之前就确定保温材料的提供厂家 或者要求生产厂家完全按照保温设计中的材料性能 参数来制造满足要求的材料ꎮ ５ 对室外布置的管道或设备ꎬ 可利用极端天 气的室外环境温度进行保温或防冻计算ꎮ 参考文献 〔１〕 中华人民共和国国家发展和改革委员会. 火电厂保温油漆设 计规程 ＤＬ/ Ｔ ５０７２２００７ 〔Ｓ〕. 北京 中国电力出版ꎬ ２００７. 〔２〕 周镇平ꎬ 徐雪松. 电站设备保温节能工程实践 〔Ｊ〕. 浙江电 力ꎬ ２０１２ꎬ ３１ １０ ６２￣６４. 〔３〕 赵远洋. 火电厂耐火保温材料设计及施工中存在的问题 〔Ｊ〕. 电力建设ꎬ ２００２ ２ １３￣１５. 〔４〕 幺莉. 火力发电厂热力设备和管道保温的优化设计 〔Ｄ〕. 武 汉 华中科技大学ꎬ ２００４. 作者简介 王正华 １９７６ꎬ 男ꎬ 安徽人ꎬ 高级工程师ꎬ 硕士研究生ꎬ 从事火 电厂机务专业技术及管理工作ꎮ 􀅱８４􀅱 第 ３６ 卷第 １ 期湖 南 电 力２０１６ 年 ２ 月