园区能源基础设施建设研究

园区能源基础设施建设研究

Summary：生态工业园区建设作为促进现代工业发展的重要组成部分，也是推进绿色工业施工建设的关键所在，而能源基础设施建设则是实现现代化文明园区的核心。基于此，本文简单分析案例园区现有设施分布情况，并深入探讨园区供电系统、热电厂及高压天然气管道等方面的能源设施建设，以供参考。Keys：园区；能源设施；供电系统；热电厂；高压天然气管道引言：近年来，生态园区在我国科技部、商务部及环保部的共同支持下，相关建设取得显著成效。通过对区域内实际情况分析及建设机制的改革与创新，将不同产业、企业及工业完美融入其中，秉承环保节能、节水节电及垃圾回收利用的基本原则，共同实现现代化绿色生态园区建设，从而为我国环保事业贡献一份力量。园区概况以某市开发区园区能源基础设施建设为例，该园区属于省级重点开发区，整体面积约290km2，分为东、西、南三个大区，东区面积将近85km2，其中包括25km2医药产业及化工产业区，其余区域主要以机电制造、汽车及机械零部件生产为主。西区面积约为120km2，作为该市区正在开发的海滨旅游区域。而南区部分则是集物流、科研、商贸与行政为一体的综合区域。该园区初建于20世纪90年代中期，很多基本设施已运行多年。其中包括一座热电厂作为整体园区供热系统，并拥有多个220kV、110kV双回路供电站持续供电及部分天然气管道。本次案例工程主要针对原有供电系统及高压管道进行升级改造，并计划重新建设一座垃圾焚烧热电厂及其他相关设施，从而真正将其打造成为一个现代化绿色生态园区。供电系统2.1电气主接线由于园区已建有多个220kV、110kV变电站，本次案例工程将构建一套500kV高功率变电系统。其主要采用3/2连接主线4变8线远景控制，共形成5个完整串，并充分结合原有高压侧出线分布情况合理设置变压器，选择不进串方式将母线直接连接从而节省大量线路投资。此外，新建线路会与原有220kV、110kV相互连接，共同组成园区供电系统。除此之外，短路电流会影响到整体变电站运行状态，还会影响到互感器、关合电流及额定电流等多方面设备选择。因此，设备额定开断电流应大于短路电流，而额定关合电流则应大于短路冲击时最大电流，必须要求互感器在电力线路短路时第一时间做出反应。同时，短路电流还会涉及整体变电站软导线偏摇摆计算等方面，是整体设计过程中最为重要也是最为基本的设计环节。所以，必须根据园区实际情况精确计算[1]。2.2主电气设备选择本次园区供电系统改造设备，500kV出线均可运用（JL/GIA-630）×4电力导线，按照4146A标准设定极限输送电流，并将全部设备按50000A额定电流设计，母线500kV穿越功率设定为4000MVA，电流设定为4399A，额定母线电流设定为5000A。导体环境温度设定为33℃，此数值根据该地区月份最高温度平均值而定，其导线工作最高不得超过80℃。导体设计应结合元件及母线联络厂家到实地计算而定。主变回路500kV则选用（LGKK-600）×2型空芯扩径导线。关于互感器选择方面，均可使用EVT电容分压型母线电压、主变及中压侧线路传感器。而在变压器方面，其主变压器采用单相智能变压器，智能变压器主变包括智能组件及本体两部分，需在变压器本体上安装控制器、电流互感器及检测传感器等设备，并在智能组件框内安装合并单元及IED检测功能组等一系列智能组件。本次案例园区供电系统采用传感器与变压器本体集中设计，并统一配置局放检测及油色谱等，对IED在线监测信息由化DL/T直接传送至相关系统实施全面监控。2.3配电系统平面布置根据园区原有搭建起变电站及主接线位置分布情况，将总电气平面布置从东至西依次分为高压区、低压区、主变区、中压区，从而便于整体供电设备维护管理。供电中控室设在园区西南角大门东侧，全站布置2座小继电室。主门向南方开，为更加便于消防、维护及运行和施工，应将园区西侧环形道路设为主要建设改造通道，并在充分考虑工艺系统、功能合理的基础上，在周围空地合理布置，将500kV配电装置与北侧原有变电站相互连接，从而形成全新的园区供电控制系统。除此之外，500kV则采用SF6户外封闭电气组合，分别向东、西两侧电容式电压设备及避雷器、互感器实施敞开设备模式，并重新设施消防通道东西长度为196m，南北长度为48.7m。向北7回500kV回出线，间隔26m横向尺寸，7m出线距离，及6m相地距离，架构导线高度设置为24m，地线高度设置为32m。并向西1回出线设置27m横向间隔尺寸，7m间隔出线距离及6-7m相地距离，架构导线高度设置为26m、地线高度设置为34m。除此之外，还应合理布设防雷接地设置，以免高空及地面线路遭到雷击损害[2]。垃圾焚烧热电厂3.1垃圾焚烧设备安装3.1.1前期准备园区应积极响应绿色能源结构改造建设理念，在天然气、电力及煤炭原有能源结构的基础上，构建一座垃圾焚烧热电厂，将居民生活垃圾、工业垃圾、淤泥等生物质垃圾焚烧并进行发电，以支持园区整体供电系统。根据园区实际情况，预计将每日垃圾处理量以800吨作为设计标准。具体焚烧炉技术参数如表1所示。表1焚烧炉技术参数标准技术指标设备标准焚烧炉规格燃烧式连续排烟炉配备数量2台每日处理量400t/台低位热值7000kJ/kg除焚烧炉外，还配备了每小时37t自然循环单锅筒余热锅炉两台加以辅助处理，首先应根据园区实际地理位置合理建设垃圾焚烧热电厂，并派遣专业人员进行实地勘察，制定施工方案。可运用现代BIM技术构建可视化虚拟模型，包括污水处理区、水工区、烟囱及主厂房，如图1所示。图1垃圾焚烧发电厂BIM基础模型其中a区为发电厂综合设计模型，b区为机电设备模型，c区为余热锅炉及焚烧炉模型，d区为其他部分分型，由于本次园区案例热电厂建设属于改造工程的一部分，势必会与原有工程产生不同程度的交接，因此必须利用软件实施相关碰撞试验及三维漫游。集中表现在建设结构、设备、桥架及管道之间的碰撞测试。如图2所示。此外，还需根据工程实际情况合理设计工程物料、施工方案及各种设施测量等相关工作，从而保障整体热电厂建造安全有序进行。图2碰撞实验优化前后对比度图（左为优化前、右为优化后）3.1.2热力系统安装因热力系统是由水与汽之间相互交换的主要途径，通常由多种支撑件与组成件构成，且在整体施工安装过程中主要以焊接施工为主，相比钢架锅炉相而言具有一定特殊性。如在焊接锅炉钢架时通常都会运用直线焊接方式施工，即使焊接人员位置不改变但在焊接热力管道作业时，焊接范围也会变呈现环形状态，需要随时调整。故而，整体焊接作业中对焊接人员技术要求相对较高。因本次案例工程采用高强度低合金钢制作，故而需在安装管道之前运用光谱分析方式，对管道材质进行全面检测，一旦发现材料不达标则必须及时加以更换。从而避免因材料问题返工，增加工程施工成本。为保障放气及排水设施的通畅性，在管道水平安装时必须根据实际情况控制安装坡度，管道室内安装实施坡度应超过0.2％，而管道室外安装实施坡度应超过0.3％。针对管道最高点及最低点，应分别配置放气和排水装置，并在底部以点焊方式焊接托架[3]。3.1.3烟气净化系统及汽轮机、发电机目前，国内焚烧技术依旧处在发展时期很多技术并不成熟，在关于烟气净化方面的处理水平也有待提高。因此，必须结合园区实际情况利用现有技术选择烟气净化施工工艺。本次案例工程根据实际情况，采用湿法与干法相互结合的烟气净化方式，将石灰浆液供给及制备、熟石灰喷射及减温塔工艺结合运用。为增强整体净化效果必须在全部锅炉设备中合理配置净化装置，而在锅炉烘煮时则无需配备相关装置，只需配置基本壳体。可在烟道装置全面开启后，注意配备内部装置即可。可采用吊车将洗涤塔、除尘器及减温塔分别吊装至指定位置安装，从而保障烟道系统建设顺利完成。因汽轮机本身体积相对较大，很难将其整体一次性运输至安装地点，故而必须将其各个部件拆分运输，待全部部件运输至安装地点后再实施组装并安装。因其整体安装过程对人员操作精度较高，故而必须要求相关人员具有极强的职业素养和专业技能。汽轮机安装时必须周围温度必须超过5℃，若环境温度低于0℃则必须根据真实温度状态，分别采用不同的防冻措施，如不合理控制安装环境温度，则很有可能造成部分零部件因温度过低而损坏。故而相关人员充分了解施工图纸信息，严格按照原始设计图纸执行，并在全部工作结束后将周围污垢及杂物彻底清理，并做好相关的密封处理措施。而发电机则必须在设备安装开始之前，进行气密性、漏气量、水压等方面的试验，并在实际安装施工中运用滑道法结合专业工具实施穿桩作业。3.1.4严格控制设备质量在整体发电厂安装实施过程中，普遍会涉及大量设备类型。其中包括低压、高压配电及升压站系统等，可采用DOS实施对电气设备的辅助控制操作，并实时监控设备运行状态建立远程操控系统。除此之外，还包括输配电线路、配电柜、控制仪表、变压器及防雷装置等设备，均需列入自动控制范围之内。在设备吊装、运输及存放过程中，按照各个产品受力点及产品特征分别吊装，并在投入使用前对各种器材、设备、保管期限进行严格审查，避免质量不达标的设备投入使用，并做好各个地段连接处理，针对二次线圈必须先进行短路操作，再实施接地处理，从而保障整体电力系统的安全性和稳定性。高压天然气管道布设4.1管道基本建设要求根据案例园区未来规划情况将其高压天然气管道压力设计为4MPa，并预计达到每天20万m³的供热范围。高压燃气管道不仅需要综合分析材料强度，还应满足其脆性温度及韧性要求，并对钢材本身含有的有害物质加以严格控制，并根据区域特点合理选择其管径规格、钢种及设计压力。除此之外，支线阀门及截断阀可采用长杆锻钢球阀焊接，且必须符合通球要求，其钢种与管材规格应与基本线路保持一致状态。管道附件均采用直缝或无缝钢管制作，当管道与附件实施焊接处理时，其两种材质必须保持相近或相同状态，还应综合考虑其经济性、安全性及工艺性能。相关人员经过一系列分析研究后，将本次管道主导管径规格设计为DN400。采用双面弧焊接旋转钢管，其钢种为L360等级[4]。4.2防腐设计本次案例工程外防腐部分选择聚乙烯三层结构防腐材料，管道补口选择热收缩带实施。其整体融合了聚乙烯和环氧溶结粉末涂层二者优点，不仅抗渗性能、绝缘性能及抗剥离性能极佳，且在整体吊装与运输时可能承受的损伤程度较小，也是长期以来业界公认的最佳防腐材料，其可达到每平方米105Ω电阻率，所需电流阴极保护密度为不超过10uA/㎡，故而消耗阳极较小使用寿命较长。本次案例管件及管道选择STAC冷缠方式防腐，并进行了一系列测试且其测试结果完全能够满足工程项目需求。通常在园区高压管道阴极保护方面，对园区内部管道区域多选择牺牲阳极保护方式，而对园区外部区域管道则多选择外加电流保护方式。牺牲阳极方法具有电流均匀效果好、干扰小等特点，但整体施工局限性较低、施工成本及土壤限制性强等缺点，同时在未来管道升级更新方面也存在极大不便。因此，综合考虑各种因素分析，本次案例园区高压管线防腐区主要采用外加电流保护方式实施。4.3管道焊接检验目前我国管道焊接技术已十分成熟，可根据园区实际情况灵活不同焊接方式。管道焊接材料与焊接方式应根据其设计压力、焊接条件及管道母材而定，其整体焊条等级必须与管道母材等级保持一致，也就是所焊接材料基本强度必须超过最低母材抗拉强度值，且不可高于其最高抗拉强度30MPa。超声波无损探伤检验及射线照相检验范围为100％，其内部质量与外观质量必须结合国家相关标准执行。除此之外，还必须在上高压燃气管顶端部位约0.5m前区域布设警示带，并在0.3m区域设置混凝土盖板加以保护，从而有效防止其在管线上部施工动土时对燃气管道造成破坏，同时便于后期安全维护和运营管理时，能够在最短时间内确认事故位置，保障高压天然气管道长期稳定运行。结论：综上所述，通过对园区如供电系统、热电厂及高压天然气等能源基础设施建设，集合先进技术构建垃圾焚烧、淤泥焚烧的综合能源二次利用系统，实现纯水、冷热水、电力、蒸汽、天然气等多方面资源整合，从而真正实现现代园区生态化发展，为居民日