水电站气系统设备选用技术规范

制定说明《水电站压缩空气系统技术规范》NB/TXXXXX—202X，经国家能源局202x年x月x日以第x号公告批准发布。本规范制定过程中，编制组进行了广泛的调查研究，总结了我国水电站压缩空气系统设计、设备配置、设备试验及验收、主要设备的包装运输及储运的实践经验，并征求了有关设计和科研单位、建设单位、运行单位的意见。为便于广大设计、建设单位、运行单位、生产厂家等单位有关人员在使用本规范时能正确理解和执行条文规定，《水电站压缩空气系统技术规范》编写组按章、节、条顺序编制了本规范的条文说明，对条文规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项进行了说明。但是，本条文说明不具备与规范正文同等的法律效力，仅供使用者作为理解和把握规范规定的参考。

目次1总则 223压缩空气系统设计 233.1一般规定 233.2压缩空气系统技术要求 233.3压缩空气系统设备布置 264压缩空气系统设备配置 274.1空气压缩机 274.2储气罐 274.4管路、阀门及附件 284.5自动化元件配置及控制要求 281总则1.0.1长久以来，水电站压缩空气系统的设计、设备配置、设备试验、设备验收、主要设备的包装、运输及贮存基本都按经验进行。本规范通过调查研究、收集资料、提炼汇总，通过现有经验的梳理总结，使水电站压缩空气系统设计达到标准化、规范化，保证水电站压缩空气系统的安全可靠、经济合理。3压缩空气系统设计3.1一般规定3.1.2《固定式压力容器安全技术监察规程》TSG21将压力容器的设计压力划分为低压、中压、高压和超高压四个压力等级。目前，根据水电站各压缩空气系统用户的供气压力需要，水电站压缩空气系统供气压力分为低压和中压两个压力等级。3.1.3、3.1.4压缩空气系统供气的项目主要指水力发电机组及其附属设备在安装、运行及检修过程中，需要使用压缩空气系统为其提供稳定气源的各种情况，但不包括压缩空气蓄能发电机组等用途。当用气用户供气压力高于10MPa时，建议自行配置供气装置，不由压缩空气系统供气。部分用气项目采用用气端自行成套配置供气设备的方式，也可以不从压缩空气系统供气，如发电机封闭母线微正压供气系统。3.1.6当不同压缩空气系统采用混合供气方式时，两系统可共用空气压缩机，但储气罐及自动化元件一般分别单独配置。3.1.7当压缩空气系统用户对供气干燥度要求不高，或空气压缩机本体配置了气水分离装置时，也可以不单独设置空气干燥装置。3.1.8随着海拔的升高，大气压力随之降低，压缩空气系统设计过程中需将项目所在地的大气压力作为压缩空气系统的设计依据。3.2压缩空气系统技术要求3.2.1大型水力发电厂低压压缩空气系统与中压压缩空气系统宜分别设置。检修气系统与制动气系统采用混合供气方式时，需在制动系统储气罐进气管路上设置止回阀，防止制动供气储气罐内的压缩空气流向检修供气储气罐。3.2.3从经济性角度来说，常规机组的压水系统采用中压压缩空气系统更为合理。3.2.4调相压水系统容量需按完成两次压水进行设计，但为避免同一台机组连续两次压水后的低温工况，在水电站运行过程中不建议采用同一台机组进行连续两次压水操作。3.2.7封闭母线的微正压干燥供气系统一般由封闭母线制造商配套设置。由于闸门设置位置均远离厂房，闸门防冻吹冰供气系统一般不由厂内压缩空气系统供气，通常独立设置。闸门防冻吹冰压缩空气系统一般由空气压缩机、储气罐、管路、阀门、附件及自动化元件等组成。3.2.9、3.2.10采用较高减压比的减压供气管路，在低压侧管路内压缩空气有可能会降至零下几十摄氏度，故该处阀门、管路及附件的需考虑选择适应低温的材料。3.2.11当调相压水供气系统平衡储气罐、油压装置供气系统、主轴检修密封供气系统、机组制动供气系统气罐未设置备用气罐时，通常设置储气罐的旁通供气支路。在气罐需要检修时，可以打开旁通支路进行，向用户供气。由于检修供气系统对供气连续性要求不高，可以不设置储气罐旁通供气支路。3.2.12减压阀低压侧需要设置超压泄放装置及压力监测装置。当减压阀低压侧距离较近的位置设有储气罐，且减压阀与储气罐之间未设置隔离阀时，由于储气罐配套有压力泄放装置，可以不在减压阀低压侧管路单独设置超压泄放装置及压力监测装置。3.2.15压缩空气系统管径需综合考虑供气用户气体参数变化、用户侧压力、管路始末端压差进行设计。1供气用户气体参数较稳定且管路始末端压力差较小的压缩空气系统管径一般按下式估算：d=4×Qπ×V（3-式中：d——管径（m）；Q——工作压力下所需的气体流量（m3/s）；V——管中气体流速（m/s），一般取8m/s～15m/s。2供气用户气体参数变化较大、用户侧压力较低且管路始末端压差较大的压缩空气系统管径一般按下列公式进行估算：G=2.46×d2.5Pgλ=0.0094073d式中：G——单位时间所通过的气体重量（kg/s）；Pg1——管路进口端气体的绝对压力（kg/m2）；Pg2——管路出口端气体的绝对压力（kg/m2）；R——干空气的气体常数（kgm/kgK），一般取29.27kgm/kgK；Tg——管内气体绝对温度（K）；λ——管网的沿程阻力系数；Ld1——管网的当量长度（m）。根据调相压水耗气特点，管径和储气罐容积有直接关系。根据已投运水电站的统计资料，可以根据表3-1对管径进行估算。表3-1调相压水管径估算储气罐容积（m3）5～1010～2020～50主管直径（mm）50～801001503.2.16压缩空气管路的压力损失一般按下式计算：∆P=1.45×10−7（τy=Pn273式中：△P——管路压力损失（kg/cm2）；L——管路长度（m）；Ld2——管路附件的当量长度（m）；G——单位时间所通过的气体重量（kg/s）；τy——压缩空气的比重（kg/m3）；Pn——管内气体绝对压力（kg/cm2）；t——气体温度（℃）。管路附件的当量长度Ld2，可以按局部阻力系数用下式计算得出，也可以从表3-2直接查得。Ld2=Aε×d式中：∑ζ——局部阻力系数总和；A——与管路粗糙值有关的系数，查表3-3。

表3-2管路附件的当量长度（m）管件名称管径φ25φ50φ100φ150φ200φ250φ300φ350φ400φ450φ500无缝钢管弯头90°，R=4D0.41.01.72.53.24.05.06.07.08.09.0无缝钢管弯头90°，R=3D0.61.52.54.05.06.07.59.011.012.514.0铸造弯头90°1.33.27.512.518.024.030.038.044.050.055.0焊接弯头90°3.07.517.529.042.056.070.087.0102.0115.0137.0伸缩节1.64.09.514.520.027.033.041.048.054.064.0波纹管式伸缩管/5.012.018.526.034.042.052.061.069.082.0流出三通1.43.65.58.011.315.521.026.032.036.043.0流入三通1.84.57.09.514.019.025.031.038.043.051.0截止阀6.013.031.050.073.0100.0130.0160.0200.0230.0270.0闸阀0.240.61.52.03.04.05.06.57.58.510.0角阀3.010.020.032.045.061.077.095.0115.0130.0150.0逆止阀1.33.27.512.518.024.030.038.044.050.059.0气水分离器0.461.152.84.66.68.711.013.415.718.120.4异径接头0.51.02.54.06.08.0/////表3-3与管路粗糙值有关的系数A取值粗糙度值（mm）0.20.51.0A13.610.89.13.3压缩空气系统设备布置3.3.3大功率空气压缩机由于运行时振动较大，通常布置在基岩或实体混凝土上。若设备布置空间紧张，小功率空气压缩机考虑一定减震措施后，也可以布置在楼板上。3.3.6机组调相压水排气口不建议指向运维通道及设备，调相压水排气口末端可适当增加排气口面积，减小出气口流速。3.3.8当储气罐检修门采用向内开启方式时，储气罐检修门开启方向仅需考虑布置空间需要。3.3.9对抽水蓄能机组尾水管或尾水隧洞上的取水管，由于埋深较大，一般不易发生堵塞情况，可以不设置吹扫接口。4压缩空气系统设备配置4.1空气压缩机4.1.10根据理想气体状态方程P×V=Mμ×R×T可知，将空气考虑为当温度相同时的理想气体时，方程可简化为Qac=Qr式中：Qac——空气压缩机的实际排气量（m3/min）；Qr——空气压缩机的额定排气量（m3/min）；ψ——相对排气因子，根据海拔高度按表4-1取值。表4-1相对排气因子ψ海拔高度（m）相对排气因子ψ海拔高度（m）相对排气因子ψ5000.9430000.7010000.8935000.6515000.8340000.6120000.7845000.5725000.7450000.534.1.11高原环境条件的特点主要是气压低、气温低、气温日变化大、绝对湿度低，空气压缩机在高原环境运行时，其电气部分设备需要根据运行海拔高度进行复核设计。4.2储气罐4.2.8储气罐上各接口、附件及自动化元件配置要求：1当压缩空气系统对供气干燥度要求不高时，可以根据设备布置情况，对进气口和出气口位置进行调整。2储气罐检修门采用向内开启时，检修门紧固件受力较小且储气罐带压时，检修门无法打开，提高了储气罐运行安全性。当储气罐容积、内径足够大，可以实现检修门向内开启时，优先选择向内开启方式。3安全阀的直径需根据超压时空气压缩机向储气罐供应压缩空气的总量来确定。当已知所需排量时，安全阀有效面积一般按下式计算：f=Ga230×P式中：f——安全阀阀瓣的有效面积（cm2）；Ga——压缩空气排量（kg/h）；Pe——安全阀开启的绝对压力（kg/cm2）；M——空气的分子量，取29.27；T0——空气的绝对温度（°K）。4.4管路、阀门及附件4.4.1根据管道设计压力、管道规格及管道中输送介质类型的不同，压缩空气系统部分管道属于压力管道。对不属于压力管道的压缩空气系统管路设计，可以根据实际情况，选择性的部分参照压力管道有关标准进行设计。4.4.6对带螺