发电厂管道强与布置

发电厂管道强与布置第1页/共47页主要内容：概述电厂压力管道输送介质特点电厂压力管道设计常用标准管道的公称压力和公称通径管道直径选择及介质流速直管壁厚计算管道附件选择管道及管道附件的布置汽轮机防进水设计第2页/共47页一、概述2003年6月1日开始实施的《特种设备安全监察条例》，把涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施共七类设备，定为特种设备并实行安全监察。

《条例》中压力管道的定义和范围是：“利用一定的压力，用于输送气体或液体的管状设备。其范围规定为最高工作压力大于等于0.1MPa（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作压力高于等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25mm的管道”（见《条例》第88条）

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国家质量监督检验检疫总局颁发的《压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则》中，将压力管道分为三大类六个级别：GA类：

GA1级

GA2级GB类：

GB1级

GB2级GC类：

GC1级

GC2级第4页/共47页二.电厂压力管道输送介质特点介质的可燃易爆性－－火灾危险性分类：

GB50016－2006《建筑设计防火规范》中火灾危险性分类：可燃气体分为甲、乙两类：与空气的混合物的爆炸极限下限＜10％（体积比）的为甲类，≥10％（体积比）的为乙类；如：氢气、天然气、高炉煤气等可燃液体分为甲A/B、乙A/B、丙A/B三类六段：如：锅炉点火和燃机用的轻柴油属于丙类可燃液体第5页/共47页2.介质的毒性

GB5044《职业性接触毒物为害程度分级》中把毒物的危害程度分为四个级别：极度危害（Ⅰ）高度危害（Ⅱ）中度危害（Ⅲ）轻度危害（Ⅳ）如：液氯、联氨等3.介质的腐蚀性如：硫酸、盐酸、氨水等4.介质的高温高压如：主蒸汽管道、高温再热蒸汽管道、高压给水管道、IGCC电站气化炉出口管道第6页/共47页三、电厂压力管道设计常用标准GB50049－94《小型火力发电厂设计规范》DL5000－2000《火力发电厂设计技术规程》DL／T5054－1996《火力发电厂汽水管道设计技术规定》DL／T5366《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定》GB50229－2006《火力发电厂与变电站设计防火规范》DL／T715－2000《火力发电厂金属材料选用导则》DL／T438－2000《火力发电厂金属监督技术规程》DL／T819－2002《火力发电厂焊接热处理技术规程》DL／T441－2004《火力发电厂高温高压蒸汽管道蠕变监督规程》第7页/共47页DL／T616－1997《火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则》DL／T869－2004《火力发电厂焊接技术规程》DL／T850－2004《电站配管》《火力发电厂汽水管道零件及部件典型设计》（2000版）

DL／T5204－2005《火力发电厂油气管道设计规程》GB50016－2006《建筑设计防火规范》GB50028－93《城镇燃气设计规范》CJJ34－2002《城市热力网设计规范》GB／T17116《管道支吊架》19.DL／T820－2002《管道焊接接头超声波检验技术规程》DL／T776－2001《火力发电厂保温材料技术条件》21.ASMEB31.1－2004《动力管道》第8页/共47页四.

管道的公称压力和公称通径管道的公称压力管道的参数等级常用公称压力来表示，符号为PN，压力等级系列应符合国家标准《管道元件的公称压力》（GB1048）的规定。管道的参数等级也可用同时标注设计压力和设计温度的方式来表示。2.管道的公称通径管道的公称通径用DN表示，公称通径等级应符合国家标准《管道元件的公称通径》（GB1047）规定的系列。3.允许工作压力与公称压力的换算管子和管件的允许工作压力与公称压力按下式换算：第9页/共47页［P］－允许的工作压力，MPa；

[σ]t－钢材在设计温度下的许用应力，MPa；

[σ]s－公称压力对应的基准值，是指钢材在200℃时的许用应力，MPa。

PN－公称压力。电厂安装设计中常用的公称压力对应的基准温度为200℃，如：《火力发电厂汽水管道零件及部件典型设计》中，管道和管件中，公称压力对应的基准温度为200℃。注意：阀门和法兰的公称压力对应的基准温度不同。第10页/共47页五.管道直径选择及介质流速管径选择对于单相流体管道，根据推荐的介质流速按下列公式计算：或第11页/共47页Di－管子内径，mm；G－介质质量流量，t/h；υ－介质比容，m3／kg；ω－介质流速；m／s；Q－介质容积流量，m3／h。对于主蒸汽管道、再热蒸汽管道和高压给水管道等主要管道的管径尺寸，宜通过优化计算确定。对于汽水两相流体（如：加热器疏水、锅炉排污等）的管道，应按《管规》中6.4节两相流体管道的计算方法求取管径或核算管道的通流能力。2.汽水管道推荐介质流速（《管规》表3.1.2）第12页/共47页介质类别管道名称推荐流速（m／s）主蒸汽主蒸汽管道40～60中间再热蒸汽高温再热蒸汽管道50～65低温再热蒸汽管道30～45其他蒸汽过热蒸汽管道35～60饱和蒸汽管道30～50湿蒸汽管道20～35去减压减温器蒸汽管道60～90给水高压给水管道2.0～6.0低压给水管道0.5～2.0凝结水凝结水泵出口管道2～3.5凝结水泵入口管道0.5～1.0第13页/共47页介质类别管道名称推荐流速（m／s）加热器疏水疏水泵出口管道1.5～3.0疏水泵入口管道0.5～1.0调节阀出口管道20～100调节阀入口管道1.0～2.0其他水（生水、化学水、工业水等）离心泵出口管道及其他压力管道2.0～3.0离心泵入口管道0.5～1.5自流、溢流等无压排水管道小于1.0第14页/共47页六.直管壁厚计算最小壁厚对于承受内压的直管的最小壁厚，《管规》和《应规》的规定基本相同。按直管外径确定壁厚：

按直管内径确定壁厚：第15页/共47页Sm－直管的最小壁厚，mm；Do－直管外径，取用管道名义外径，mm；Di－直管内径，取用最大内径，mm；Y－温度计算对直管壁厚的修正系数；[σ]t－钢材在设计温度下的许用应力，MPa；α－考虑腐蚀、磨损和机械强度要求的附加壁厚，mm；η－许用应力的修正系数。2.直管的计算壁厚直管的计算壁厚公式：第16页/共47页Sc－直管的计算壁厚，mm；C1－考虑壁厚负偏差的附加值，mm；

壁厚负偏差的附加值C1外径无缝管

式中：

m－壁厚负偏差，％；按相关的标准选取，如：GB5310、GB3087等。

第17页/共47页b.内径管内径管的壁厚负偏差的附加值为零。c.焊接管焊接管的壁厚偏差取用所用板材的厚度偏差，但最小不得小于0.5mm。3.管道取用壁厚管道取用壁厚是在计算壁厚的基础上考虑一定对口裕量。外径无缝管在计算壁厚的基础上考虑一定的余量，圆整到管道壁厚系列。b.焊接管对于大口径薄壁焊接管（如冷再热蒸汽管道），对口余量应在外径无缝管的基础上适当加大，圆整到相应板材厚度系列系列。第18页/共47页c.内径管对于内径管，对口裕量按下式计算：

Sm＋0.5×（内径偏差＋0.25）

考虑对口裕量后为取用最小壁厚。4.管道壁厚计算中应注意的问题

1）计算公式中的管径建议取最大直径（内径、外径），考虑最大管径正偏差；

2）用于核算已有管道壁厚时，应取用实测的最大直径（内径或外径）和实测的最小壁厚，此时，不需再考虑管径偏差和壁厚偏差。

3）管径偏差和壁厚偏差要符合所用管材相应的标准规定，不是特殊情况，不要严格限制偏差，否则会人为增加造价。

4）壁厚计算公式的适用条件为：Do／Di＜1.7。第19页/共47页5.强度及严密性试验1）强度试验强度试验用于检验管子和附件的强度，一般采用水压试验；2）严密性试验管道安装完毕后，必须对管道系统进行严密性试验，常用的方式有：水压试验、无损探伤3）水压试验要求a）水压试验压力（表压），应不小于1.5倍的设计压力，且不得小于0.2MPa；b）水压试验用水温度应不低于5℃，也不应高于70℃；c）水压试验用水水质，必须清洁且对管道系统材料的腐蚀性要小；d）对于奥氏体不锈钢管道，水的氯离子含量不应超过25mg/L；第20页/共47页4）对于大型机组的主蒸汽管道、再热蒸汽管道及其他大直径管道的焊缝，可采用无损探伤代替水压试验，无损探伤应满足相关标准要求（超声波、射线、磁粉、渗碳）。第21页/共47页七.管道附件选择管道附件型式

1）法兰

a）设计温度300℃及以下且PN≤2.5，应选用平焊法兰；

b）设计温度大于300℃或PN≥4.0MPa，应选用对焊法兰；

c）所选法兰应符合国家标准GB／T9124的要求；

d）油管道法兰应选用对焊法兰；

e）油管道法兰垫片不得采用橡胶、塑料和石棉材料。

2）三通

a）不宜采用现场制作的单筋加强焊制三通；

b）焊接三通应采用工厂加工，不应现场制作：第22页/共47页c.主要管道三通形式按下表选用：

机组型式管道机组容量（MW）≥600300～600125～210100及以下主蒸汽管道锻制锻制、挤压挤压、焊接挤压、焊接热再热蒸汽管道锻制锻制、锻焊焊接挤压、焊接－冷再热蒸汽管道焊接焊接焊接、挤压－高压给水管道锻制锻焊挤压、焊接锻制挤压、焊接挤压、焊接第23页/共47页3）弯管弯头

a）PN≥6.3的管道，应采用中频加热弯管，也可采用符合国家标准（或行业标准）的弯头；

b）PN＜6.3的管道宜采用热成型的弯头；

c）PN＜1.0，DN＜50的管道可采用冷弯弯管；

d）纵缝热成型弯头宜用于PN≤2.5的管道上；

e）对于冷再热蒸汽管道的大直径弯头，可采用高质量纵缝热成型焊接弯头。4）阀门

a）对于油系统管道阀门、与除氧器及给水箱直接相连接的管道阀门、给水泵进口阀门均应选择钢制阀门，不得采用铸铁阀门；

b）调节阀不宜做关断阀使用；

第24页/共47页C）在下列情况下工作的阀门，需装设动力操作装置：◆按工艺需要，有控制联锁要求的阀门；◆需要频繁启闭或远方操作的阀门；◆安装在手动操作难以实现的位置的阀门；◆扭转力矩较大，或开关时间较长的阀门。2.管道附件强度计算1）计算方法弯管（弯头）、异径管、三通、封头堵头、法兰等管件的强度计算按《火力发电厂汽水管道设计技术规定》（DL／T5054－1996）附录C中推荐的计算方法计算。2）注意事项◆对于弯管（弯头）、异径管和三通应控制其通流能力不小于连接直管的90％；第25页/共47页◆注意不同型式的管件所适用的计算方法如：挤压三通强度计算应采用“压力面积法”，锻制三通和焊接三通的强度计算应采用“面积补强法”；◆注意不同计算公式的适用范围如：弯管（弯头）的强度计算公式，为德国TRD301标准中的简化计算公式。第26页/共47页八.管道及管道附件的布置管道布置的基本原则1）管道走向宜尽量与厂房轴线一致；2）在水平管道交叉较多的区域（如；主厂房内），宜按管道走向划定纵、横走向的标高范围，将管道分层布置；3）存在汽水两相流的管道，介质流向由高向低时，宜先垂直走向，后水平布置；介质流向由低向高时，宜先水平走向，后垂直布置；4）对于大容量机组的主蒸汽、再热蒸汽或背压机的排汽管道，如果管道数量为偶数时，应尽量采用对称布置；5）管道与墙、梁、柱、设备间的净空应满足规定要求（见《管规》5.1.9～5.1.12条要求），注意冷、热位移;6）管道跨越各类通道的净空距离应满足规定要求（《管规》5.14条）；第27页/共47页7）排汽管道的排汽出口离屋面（楼面、平台）的高度，应不小于2500mm；8）各类水平管道的安装坡度及坡向应满足规定要求，注意汽轮机抽汽管道、汽轮机轴封蒸汽管道的坡度和坡向要求；9）地沟内布置的管道为多层时，应将直径小的、压力高的、阀门多的布置在上面；10）地沟内布置管道的各种净空要求应符合规定要求（《管规》5.1.19条）。2.管道附件布置1）两个成型管件连接时，中间宜设置一段直管，直管长度可按下列要求选取：对于DN≥150的管道，不小于200mm；对于DN＜150的管道，不小于150mm；对于大直径管，上述直管段应适当加长。第28页/共47页2.在三通附近装设异径管时，对于汇流三通，异径管应布置在汇流前的管道上；对于分流三通，异径管应布置在分流后的管道上；3.水泵进口水平管道上的偏心异径管，应采用偏心向下布置（图）；4.阀门的布置要求

1）手动阀门应布置在便于操作、维护和检修的地方，动力操作阀门应布置在便于维护和检修的地方；

2）重型阀门和较大的焊接式阀门宜布置在水平管道上，且阀杆垂直向上；重型阀门应考虑检修起吊措施；

3）地埋管道的阀门应设阀门井；

4）水平布置的阀门，无特殊要求时，阀杆不得朝下；

5）阀门手抡的布置应符合规定要求（《管规》5.2.6条）（图）；第29页/共47页6）手动阀门内不能在地面或楼面直接操作时，应装设操作平台；

7）存在汽、液两相流的管系，调节阀的位置应尽量接近接受介质的容器，如果条件许可，调节阀应直接与接受介质的容器相连接。调节阀后的第一个转向弯头应改用三通连接，三通直通的一端加设封堵；

8）对于法兰连接的阀门或铸铁阀门，应布置在应力较小处；

9）安全阀的布置

a.对于主蒸汽和高温再热蒸汽管道上的安全阀，阀门应距上游弯管（或弯头）起弯点不小于8倍管子内径的距离；阀门出入口距上下游其他管件的距离也应不小于8倍管子内径；

b.两个或两个以上安全阀布置在同一管道上时，其间距沿管道轴向应不小于相邻安全阀入口管内径之和的1.5倍；当两个安全阀在同一管道断面的周向引出时，其周向间距的弧长应不小于两安全阀入口内径之和；第30页/共47页c.当安全阀排汽管道为开式排放系统，且安全阀阀管上无支架时，安全阀布置应尽可能使入口管缩短，安全阀出口管的方向应平行于引出主管（或联箱）的轴线；

d.在同一根主管（或联箱）上布置多只安全阀时，应注意安全阀出口管的引出方向，考虑在安全阀的所有运行方式下，其排放作用力矩对主管的影响力求达到平衡；5.流量测量装置（流量孔板或喷嘴）前后应有一定长度的直管段，其直管段长度应满足不同形式测量元件的要求；6.蠕变测量截面的设置

1）高温蒸汽管道蠕变测量截面的设置应符合《火力发电厂高温高压蒸汽管道蠕变监督规程》（DL／T441－2004）的规定；

2）蒸汽温度高于450℃主蒸汽管道和再热蒸汽管道，应设置蠕变监察段，监察段应设置在靠近过热器和再热器出口联箱的水平管段上实际壁厚最薄的区段，其长度为3000mm～4000mm；第31页/共47页3）监察段上不允许开孔和安装仪表插座，也不得安装支吊架；

4）主蒸汽管道和再热蒸汽管道的监察段上应设置三个蠕变测量截面，测量截面应等间距设置；

5）每个蠕变测量截面测点的数量

a.外径小于350mm的蒸汽管道，每个蠕变测量截面的蠕变测点至少应有4个（两对），分布在两相互垂直的直径端点上；

b.外径大于等于350mm的蒸汽管道，每个蠕变测量截面的蠕变测点至少应有8个（四对），分布在互相成45o的截面直径的端点上。6.关于双阀的设置对于PN≥4.0的疏水、放水、放气管道应串联设置两道阀门。（注意设置两道阀门的意图）第32页/共47页十.汽轮机防进水设计易造成汽轮机进水的主要管道系统

1）主蒸汽管道系统；

2）再热蒸汽管道系统；

3）汽轮机抽汽管道系统；

4）给水加热器疏水管道系统；

5）汽轮机轴封供汽管道系