直埋蒸汽管道可行性研究报告

中电投热电厂配套热管网(厂外)工程设计蒸汽及凝结水管道可研报告中国市政工程西北设计研究院有限公司PAGEii目录第一章工程概况 11.1工程名称及建设单位 11.2设计单位及法人代表 11.3设计依据 11.4设计技术原则 21.5工程内容 31.6主要经济技术指标 3第二章城市概况 42.1城市概况 42.2气候特征 52.3气象条件 6第三章工程总体 73.1项目建设的必要性 73.2总体布局 73.3供热系统流程 83.4热源 93.5热用户 11第四章蒸汽管网设计 124.1管线布置 124.2管线布置方案 124.3蒸汽管道水力计算 13第五章凝结水管网设计 165.1管网布置 165.2水力计算 16第六章管道的保温、防腐 176.1蒸汽管道的保温、防腐 176.2凝结水管道的防腐、保温 21第七章投资估算 226.2编制依据 22第八章结论和存在的问题 268.1结论 268.2问题及建议 26中电投热电厂配套热管网(厂外)工程设计蒸汽及凝结水管道可研报告中国市政工程西北设计研究院有限公司PAGE27第一章工程概况1.1工程名称及建设单位项目名称：中电投兰州新区热电联产项目配套蒸汽管网工程建设地点：甘肃省兰州市新区建设单位：甘肃黄河水电有限责任公司1.2设计单位及法人代表投标单位：中国市政工程西北设计研究院有限公司法人代表：康旺儒1.3设计依据设计依据a)《兰州新区工业负荷预测表》b)《蒸汽及凝结水管网地质勘察报告》c)业主提供的管道沿线地形图d)工程段城建、规划部门意见主要执行采用的规范、标准《城市热力网设计规范》（CJJ34-2010）《城镇供热直埋蒸汽管道技术规程》（CJJ104-2005）《城镇供热预制直埋蒸汽保温管技术条件》（CJ/T200-2004）《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）《工业金属管道设计规范》(GB50316-2000)(2008年版)《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》(GB50236-2011)《工业金属管道工程施工及验收规范》(GB50235-2010)《城镇供热管网工程施工及验收规范》（CJJ28-2004）《埋地钢制管道阴极保护技术措施》（GBT21448-2008）《镁合金牺牲阳极》（GBT17731-2004）《埋地钢制管道阴极保护参数测量方法》（GBT21246-2007）《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）《建筑物抗震设防分类标准》（GB50223-2008）《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》（GB50032-2003）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）《砌体结构设计规范》（GB50003-2011）《工业建筑防腐设计规范》（GB50046-2008）1.4设计技术原则a）严格遵守国家法规，执行国家、地方、行业相关设计规范、标准及技术规程、。b）在满足使用要求的前提下，选择经济、合理、科学的设计方案。c）在保证管道安全可靠运行的前提下，突出体现节能、环保、经济性、合理性和先进性。e）采用成熟先进的设计思路、设计手段。以经济效益为中心，安全可靠为原则，通过技术经济比较，选择最合理的设计方案，提高项目的综合创优水平。1.5工程内容兰州新区中电投热电厂机组供热新建配套蒸汽和凝结水管网工程，从热电厂厂区至科天化工和振兴化工，敷设约1.1Km的DN900、6.2KmDN800和1.6KmDN450过热蒸汽管道，同沟敷设DN350凝结水管线。1.6主要经济技术指标表1-1主要经济技术指标序号项目单位指标1蒸汽最大流量4502蒸汽平均流量3603蒸汽最小流量2254蒸汽管网设计压力1.65蒸汽管网设计温度℃2506蒸汽管网管径φ920*8φ820*7φ478*7820*87凝结水回收率75%8凝结水管径φ377*7φ377*7、第二章城市概况2.1城市概况1.兰州新区城市概况

2010年12月，甘肃省设立兰州新区。2012年8月，国务院批复为国家级新区，这是继上海浦东新区、天津滨海新区、重庆两江新区、浙江舟山群岛新区后的第五个国家级新区，也是西北地区第一个国家级新区。兰州新区位于兰州北部秦王川盆地，地处兰州、西宁、银川三个省会城市共生带的中间位置，是国家规划建设的综合交通枢纽，也是甘肃与国内、国际交流的重要窗口和门户，距兰州市区38.5公里，距西宁198公里，距银川420公里。交通便利，连霍高速、京藏高速以及中川机场构成了立体综合的交通网络体系；目前已经有包括中石油国家战略石油储备库、吉利汽车、三一重工在内的多家国内外大型企业落户新区。规划建设石化、高端装备、新能源新材料等七大产业集群以及高新技术产业等五大片区。经过5—10年的建设，兰州新区将发展成为甘肃省乃至西北地区跨越式发展的重要经济增长极，成为西部地区特色鲜明、功能齐全、产业聚集、服务配套、人居环境良好的现代化新区。1）地理位置兰州新区位于东经103°29′22″～103°49′56″，北纬36°17′15″～36°43′29″。西界为尹—高速公路向北沿秦;王川盆地西边缘延伸至引大东二干渠；东界为皋兰县西岔川东缘向北延伸至永登县秦川镇东界；北兰州新区规划图界为引大东二干渠；南界为永登县树屏镇尹家庄—水阜乡涝池公路北缘。2）人口规模按照兰州新区的人口与用地规模，2015年，城市人口规模30万人，2020年，城市人口规模60万人，2030年，城市人口规模100万人，主要民族为汉族，还有回、东乡、藏、土族等少数民族。2）地震烈度兰州市位于地震烈度Ⅶ度以上的高烈度区，是国家2006年国务院颁布实施的全国地震重点监视防御区和重点监视防御城市。3）水文地貌境内有季节性河流李麻沙沟，呈南北向。中川以下进入谷地。甘家滩以下入皋兰县，再南经兰州市安宁区沙井驿注入黄河，年径流量为354.8万立方米，长103.9公里兰州新区位于陇西黄土高原的西北部，是青藏高原、蒙古高原和黄土高原的交汇地，也是祁连山脉东延之余脉插入陇西盆地的交错地带。地区属典型的黄土高原丘陵地貌类型，平川、梁峁、沟壑及河谷地貌发育。2.2气候特征兰州新区属典型的温带半干旱大陆性气候，四季分明，阳光充足，冬季寒冷干燥，春季多风少雨，夏无酷暑，秋季温凉。年平均降水量300～350，年蒸发量1880；全年平均无霜期139，年日照量1744～2659，日照率60%；最大冻土深度约1.1；农作物一年一熟；夏秋多东南风，冬春多西北风，主导风向为西北风，年平均风速2.3。2.3气象条件兰州市和兰州新区相邻，其气象条件基本相同，参数如下：年平均温度6.9℃冬季采暖室外计算温度 -8.8℃冬季通风室外计算温度 -8.5℃冬季空气调节室外计算温度 -11.4℃极端最冷温度-19.7℃冬季平均大气压 852.8hPa冬季主导风向及风频 5%ENE采暖天数 130day采暖起止日期11月1号~次年3月31号最大冻土深度1.1极端最高温度39.8℃夏季平均大气压841.5hPa年平均降雨量350日最大降雨量92.3夏季主导风向及频率12%E冬季主导风向ENE冬季平均室外风速 0.3夏季平均室外风速1.3地震设防烈度Ⅶ度第三章工程总体3.1项目建设的必要性1.2013年5月29日总投资近46亿的兰州新区热电联产项目正式开工建设，该项目建成投产后，年发电量可达38.5亿千瓦时，供暖面积约1200万平方米，抽汽量约每小时1100吨，将为兰州新区工工业生产和城市居民生活提供安全、可靠、优质的电力和充足的供热供汽保障。2.科天化工主要生产水性材料、聚氨脂板材等产品，振兴化工两家企业生产工艺上需要大量的低压蒸汽。3.科天化工、振兴化工两家企业用汽属于常年生产性热负荷，负荷常年稳定均匀可靠，具有用汽的优势。用汽的压力、温度、用气量等参数，汽轮机的的抽气恰好能够满足要求，并且两家单位距离热电厂的距离相对较近，避免了蒸汽长距离输送的能耗损失。4.在能源短缺和价格居高不下造成的全球工业企业生产成本不断增加和市场竞争压力不断增大的大环境下，此项目废热利用，可以减少燃料的燃烧，污染物的排放，节能降耗，降低成本，提高了企业的市场竞争力和能源的综合利用率，具有显著的社会效益、环境效益，符合国家的可持续发展战略。3.2总体布局综合考虑城市规划，热负荷分布，热源位置，各种地上、地下管道及构筑物，园林绿地的关系和水文地质以及经济技术等因素，依据《城镇热力管网设计规范》确定蒸汽和凝结水管道布置，从热电厂厂区至原石化园区科天化工厂和振兴化工厂，沿货站北路敷设过热蒸汽管线，同沟（同架）敷设凝结水管线，管长约9。：3.3供热系统流程供热系统工艺流程如下：图3-1工艺流程图热电厂抽出的蒸汽通过直埋蒸汽管网输送至用汽企业，企业调整到所需的压力和温度进行利用，工业工艺利用后经换热器和疏水器后转化为冷凝水，见图3-2，根据相关资料报道，由于制造质量、维修不及时、选型不当，这些凝结水中蒸汽含量仍高达5%-20%，具有很高的热量，并且是优良的软化水，具有很高的回收利用价值，凝结水的回收不仅可以减少燃料的消耗量及相应的费用，还可减少自来水的消耗量及相应的水费和水处理费用，所以尽可能通过凝结水管网送回电厂，回收利用。经换热器换热后的热水可以供厂区作为生活热水用。图3-2凝结水回收系统3.4热源汽轮机抽汽、超临界、一次中间再热、两缸（或三缸）两排汽、双抽、凝汽式间接空冷汽轮机。其中一级工业抽汽为非调整抽汽，二级工业抽汽及采暖抽汽为可调整抽汽，工况参数如下：额定功率： 350主汽门前压力： 24.2主汽门前温度： 566℃再热汽门蒸汽温度： 566℃额定转速： 3000额定排汽压力： 11以上参数为THA工况参数夏季背压：28一级工业抽汽：4.35/566℃100(额定)/100(最大)二级工业抽气：（压力可调）1.3/380℃130(额定)/300（最大）采暖抽气体：（压力可调）0.4/256℃280(额定)/300（最大）因为中电投热电厂热电联产项目已经利用一级工业抽气和采暖蒸汽，以电厂安全、经济、满发为原则，本项目仅能采用二级工业抽气，额定抽气量，压力1.3，温度380℃，用蒸汽单位用气量260，温度184℃，事实上蒸汽管道一般按照低于300℃进行设计，不仅运行安全而且可以延长管道的使用寿命，综合考虑利用减温器进行减温，达到增大蒸汽量和降低蒸汽温度的目的，减温过程是指将过热蒸汽的温度降低到饱和状态，或者降低到低的过热度。本设计采用直接接触式减温器，用来冷却过热蒸汽的介质直接和过热蒸汽接触，减温器工作时，将一定量的减温水通过减温器的混合装置加入到过热蒸汽中，当减温水水进入减温器，它吸收过热蒸汽的热量而蒸发，这时蒸汽的温度随之降低。加入减温水的流量控制通过温度变送器测量减温器下游的蒸汽温度和执行器来完成。喷入定量的减温水水达到减温并增大蒸汽量，减温水量见下表。汽轮机至减温器的蒸汽管路，均属于电厂内部工程范围，不属于本工程内容，不再详细论述。图3-3减温器原理图系统经济性估算：供汽压力1.3未增加减温器前供汽温度：=380℃，，增加减温器后供气温度：=250℃，减温水温度：=104℃增加减温器后蒸汽量差：计算结果如下表：表3-1减温水参数计算表参数蒸汽压力（）温度(℃)焓值()流量()工业抽气参数1.33803216.96260.0减温蒸汽参数1.32502931.52294.2减温水参数1.0104762.634.2按照蒸汽价格来计算，全年节省费用万元，所以安装减温器后经济效益明显。3.5热用户综合考虑中电投热电厂的位置，可利用的工业二级抽气量，以及用气企业的与热电厂的距离与用气性质，投资等因素，本工程热用户为科天化工、振兴化工，两企业均属于常年生产性热负荷，用汽稳定。表格3-2单位用气参数单位蒸汽工程压力()流量公称温度℃厂址备注科天化工低压蒸汽0.6380184原石化园区建设中振兴化工中压蒸汽1.070184原石化园区建设中第四章蒸汽管网设计4.1管线布置蒸汽管线的布置依据兰州市新区总体规划、尽量节省整个工程造价，管道敷设力求最短、直。因厂区内和厂区周围管线较多，纵横交错，采用架空敷设，进入市政道路周边采用直埋敷设方式，直埋蒸汽管道具有不占用空间、美化环境、节省投资、维护简单、热损失小等特点。4.2管线布置方案方案一：以用气单位的平均用汽量为依据设计一条蒸汽管道，用最大的用汽量和最小的用汽量分别验证校核流速和压降比是否满足要求。方案二：以用气单位的最小用汽量为依据设计两条蒸汽管道，单位最小用汽时运营一条管道，最大用汽量时运营两条管道。方案一相对方案二来说只敷设一条蒸汽管道，节省建设投资，但是当用汽单位最小用汽量时，管道的热损失大，管道末端容易出现冷凝水，但当用汽量为最大值时，蒸汽流速大，噪声大，对设备的要求提高，运行不安全，所以需要水力计算验证。方案二，增大了建设投资和运行费用，延长了投资回收年限，但可以避免最大、小用汽量时方案一可能出现的弊端，并且当其中一条管道出现故障时，另外一条管道可以保障企业的用汽。经过水利计算验证，推荐方案一，最大用汽量的时候流速不超过蒸汽管道的最大允许流速80，最小流量的时候不小于规定18，满足设计要求，不会出现噪声过大和管段末端容易出现冷凝水的现象，水利计算见下表。另外蒸汽管道运行过程中规范规定要定期检查维护，避免管道出现故障，可以保证企业用汽。4.3蒸汽管道水力计算根据实际企业位置，及热电厂厂址，企业的用汽量建立蒸汽管道水力计算简图如图图4-1蒸汽管道水力计算简图表4-1蒸汽管道水力计算表表2-11规划工业用汽参数与设计参数对参数用汽企业用汽参数设计工况参数最大工况参数最小工况参数压力温度℃压力温度℃压力温度℃压力温度℃1.科天化工（水性材料、聚氨脂板材等项目）061840.87235.50.54238.11.154227.72.振兴化工项目1.01841.198234.71.135237.71.261225.9对比数据分析：从计算结果可以看出，在设计工况下两家企业的用汽压力和温度都能满足工艺需要，最小流量工况下校核温度下都能满足使用要求，在最大工况下校核压力降，科天化工压力为0.54＜0.6，但是考虑到企业的同时使用系数两家企业同时达到最大用汽量的概率很小，可以认为该设计经济、合理、安全、可靠。第五章凝结水管网设计5.1管网布置凝结水管网和蒸汽管网同沟敷设，敷设方式相同：基本采用冷安装直埋敷设，管道走向和管位同蒸汽管网。5.2水力计算本工程蒸汽管网最小供汽量225,平均供汽量360，最大用气量450，凝结水回收率取95%，凝结水回收温度取70℃。管线长9.0，全程直埋敷设，无补偿冷安装直埋敷设。按照规范，凝结水管道粗糙度1.0，局部阻力/沿程阻力取0.2。设计中凝结水流速度和比摩阻采用经济流速和经济比摩阻，以利投资的节省。表5-1凝结水水力计算表＜第六章管道的保温、防腐6.1蒸汽管道的保温、防腐直埋蒸汽保温管的基本结构为“工作钢管-保温层-外护管-外护层”，固定形式和芯管滑动形式为：内滑动内固定型。内固定就是将工作钢管通过一定的结构形式固定在外保护管上，充分利用外护管的强度和刚度以及外保护管与土壤之间的摩擦力来使内管固定，不用钢筋混凝土结构固定，可节省钢筋混凝土支墩。以钢管作为外保护管才采用内固定形式。固定端有隔热设施，以减少热桥效应，同时外保护管应有足够的强度，以满足管道水平推力的要求。6.1.1直埋蒸汽管道复合保温层的优化计算对直埋敷设的蒸汽管道按单管敷设进行分析计算，对有凝结水管的双管敷设管道，凝结水管的附加热阻不计，多层保温结构的热损失应按下式计算式中：--单位管长热损失，；--保温管外表面温度℃，取50℃--直埋蒸汽管道周围环境温度℃；按照《城镇供热直埋蒸汽管道技术规程》（CJJ104-2005）附录B，兰州地下1.91米处平均温度17.1℃；--土的导热系数，取1.7；--根据经验设定的保温层外径；当时，当时时，，取直埋蒸汽管道中心埋设深度处自然地温；式中：--管道中心埋深；--上方地表面大气的换热系数取10-15；第一层保温材料的厚度按下式计算：式中：--第一层保温材料的外径；--第一层保温材料的导热系数，取0.096；--第一层保温材料的外表面温度，℃；取120℃；--第一层保温材料厚度；第二层保温材料的厚度按下式计算：式中：--第二层保温材料的外径；--第二层保温材料的导热系数，取0.0270；--第二层保温材料的外表面温度，℃；取50℃；--第二层保温材料厚度；直埋蒸汽管道热损失校核计算直埋蒸汽管道保温层界面温度校核公式：保温管外表面温度的核算公式：本工程工作管道分别为D870*8和478*7，设计温度250℃，管道中心埋深1.5，土壤的导热系数1.75，管道外表面温度50℃，保温结构为复合保温结构，第一层保温材料为耐煮沸硅酸盐镁铝瓦块保温层，汽导热系数为0.096，第二层保温材料为改性聚氨酯保温层，常年耐温120℃，导热系数0.027.计算结果如下表：表6-1保温层厚度计算表计算步骤符号含义单位取值1取值2取值31工作管外径0.9000.8000.4782土壤的导热系数1.7501.7501.7503第一层保温材料导热系数0.0960.0960.0964管道中心埋深5工作管外表面温度℃2502502506周边环境温度℃7保温管外表面温度℃5050508根据经验设定保温层外径1.321.320.829第二层保温材料导热系数0.0270.0270.02710第一层保温材料外表面温度℃12012012011第二层保温材料外表面温度℃50505012初定单位管长热损失219.3219.3168.813第一层保温材料外径1.2861.1430.71614第二层保温材料外径1.3571.2060.76815第一层保温材料厚度19317113316第二层保温材料厚度35312617校核单位管长热损失218.6217.5165.218直埋蒸汽管道蒸汽环境热阻0.155930.155930.1559319第一层保温材料热阻0.5910.5920.7720第二层保温材料热阻0.3170.3160.41321第一层保温材料平均温度℃185178.4177.3522第二层保温材料平均温度℃858585直埋蒸汽管道的结构如下图，根据保温层计算结果，选择标准保温层厚度以及外护管管径如下表图6-1直埋蒸汽管道结构图表6-2蒸汽管道管材表工作钢管外护钢管保温层厚度空气层厚度长度公称直径外径厚度公称直径外径厚度DN4504787800