四大管道基础设计

四大管道基础设计

简单介绍一下电力设计院四大管道的设计工作内容。

一个火力发电站工程的设计阶段一般分为：初步可行性研究设计、可行性研究设计、初步设计、施工图设计（其中包含司令图设计）、竣工图设计这五大主要部分。目前国内火力发电厂的设计招标工作通常是在可行性设计阶段或初步设计阶段进行，本次的主要介绍内容就是四大管道在可行性设计和初步设计投标阶段所做的一些工作。

四大管道的在可行性研究设计阶段及初步设计阶段的工作都是整个管道设计的一部，工作有相同之处，只是因设计基础条件资料的不同确定了其阶段重点工作的不同。因初步设计阶段的工作内容覆盖了可研内容，下面就初步设计投标阶段的四大管道设计工作做一个介绍。

设计工作的目标：向业主提供安全、可靠、经济、适用的设计方案。

四大管道设计所遵循的设计规程及规范：

下面以某一亚临界机组300MW工程主蒸汽管道的设计为例介绍四管设计过程：

首先确定管道设计的基础条件：

1）介质蒸汽

2）设计温度：取用锅炉过热器出口蒸汽额定工作温度加上锅炉正常运行时允许的温度偏差值。温度偏差值，可取用5℃。（注：按上述规程4）

锅炉厂所给主蒸汽出口参数为540℃，故本主蒸汽管道设计温度为545℃。

3）压力：

《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定》（DL／T5366－2006）中规定：“对于单元机组（即一台锅炉和一台汽轮机或一台其他原动机）上装设能控制集箱蒸汽压力的自动燃烧设备的锅炉，主蒸汽管道的设计压力至少等于主汽门进口处设计压力的105%，或不小于任何汽包安全阀整定压力下限值的85%，或不小于管道系统任何部位预期的最大持续运行压力，取上述三者中的最大值。

对于直流锅炉，主蒸汽管道的设计压力也不应小于预期的最大持续压力。

对于与过热器出口集箱相连接的主蒸汽管道，除上述规定外，设计压力不应小于过热器安全阀整定压力的下限值或任何汽包安全阀整定压力下限值的85%，取两者中的较大值。”

以上标准是2007年5月1日开实施的，本例工程是2003年设计的，当时是按96管规。96管规规定主蒸汽管道压力“取用锅炉过热器出口的额定工作压力或锅炉最大连续蒸发量下的工作压力。

当锅炉和汽轮机允许超压5%运行时，应加上5%的超压值。”

故本例中锅炉厂所给主蒸汽出口参数为17.44MPa，不允许超压，故本主蒸汽管道设计压力为17.44 MPa。

4）端点位移：锅炉厂和汽轮机厂提供接口位置及端点热位移（注：一般主机厂会同时提供端点许用力及力矩。初步设计是需要对四管进行初步应力分析算的，主要是对四管布置是否合理给一个评估，可提前与锅炉厂配合四管在锅炉柜架内的合理走向。）5）管径（介质流速）管规推荐主蒸汽管道设计流速在40～60m/s。

一般根据推荐的介质流速中间值50 m/s ，按下列公式计算：

w Gv

D i 7

.594=

(3-1)

或

w Q

D i 81

.18=

(3-2)

式中 Di ——管子内径，mm G ——介质质量流量，t/h ； v ——介质比容，m 3/kg ； w ——介质流速，m/s ； Q ——介质容积流量，m ３/h 。

通过上式算出中间流速对应管径，从《火力发电厂汽水管道零件及部件典型设计GD2000》中选出相应压力、温度等级的管道两到三组再进行经济比较。

表 错误！文档中没有指定样式的文字。-1 推荐的管道介质流速(m/s)

在推荐的介质流速范围内选择具体流速时，应注意管径大小、参数高低的影响，对于直径小、介质参数低的管道，宜采用较低值。

6）材质： 由上述算出的设计压力和设计温度可选出相应的管道材质，但材质并不会是唯一的，这就需对相应的材质算出在同一管径下的壁厚，现经管材市场价格的经济比较，最后确定材质。 一般国内通过长期的设计经验，总结出主蒸汽管道材质与机组的关系如下：

7）壁厚

对于

承受内压力的汽水管道，直管的最小壁S m 厚

7.10

i

D D

应按下列规定计算：

按直管外径确定时：

a Yp

pD s t m ++=

2][20

ησ (3-4)

按直管内径确定时：

)

1(2][22][2Y p Ypa

a pD s t

t i m --++=ησησ (3-5) 式中 m s ——直管的最小壁厚，mm ；

Do ——管子外径，取用公称外径，mm ； Di ——管子内径，取用最大内径，mm ；

Y ——温度对计算管子壁厚公式的修正系数，对于铁素体钢，482℃及以下

时Y=0.4，510℃时Y=0.5，538℃及以上时Y=0.7；对于奥氏体钢，566℃及以下时Y=0.4，593℃时Y=0.5，621℃及以上时Y=0.7；中间温度的Y 值，可按内插法计算；

η——许用应力的修正系数，对于无缝钢管η=1.0；对于纵缝焊接钢管，

按有关制造技术条件检验合格者，其η值按表3-2取用；对于螺旋焊缝钢管，按SY —5036标准制造和无损检验合格者，η=0.9；

α——考虑腐蚀、磨损和机械强度要求的附加厚度mm ，对于一般的蒸汽管

道和水管道，可不考虑腐蚀和磨损的影响；对于高压加热器疏水管道、给水再循环管道、排污管道和工业水管道，腐蚀和磨损裕度可取用2mm ；对于腐蚀和磨损较严重的管道，如果估计到管子在使用中腐蚀和磨损的速度超过0.06mm/a ，则腐蚀和磨损裕度应为管道运行年限内的总腐蚀和磨损量；机械强度要求的附加裕度，视具体情况确定。

四大管道在初步设计投标阶段主要是进行以上基本设计计算，经过对比计算得出经济的管道规格及材质结果，并结合初步的管道布置给出较准确、最省投资的材料清单，提供给技经部门。