第六章 发电厂的管道、阀门.doc

第六章 发电厂的阀门及管道 一、汽水管道对电厂安全可靠性的影响 发电厂高温高压汽水管道处在蠕变温度以上工作，在启停过程中经受着交替的大温差变化，受力和结构比较复杂，工作条件极差。管道运行的安全与否，不仅涉及管道本身，同时也影响到所连接的主、辅设备的安全。 二、汽水管道对电厂经济性的影响 现代大型发电厂管道总长度可达数万米，总重量可达数百吨甚至上千吨，其中昂贵的高级耐热合金钢占有相当的比例，使管道费用在电厂投资中占有很大比重。汽水管道在运行中的散热、泄漏和压降损失都在不同程度上影响电厂运行的热经济性。 三、汽水管道的组成 发电厂汽水管道是由管子、管子连接件(弯头、三通、大小头、堵头、法兰等)、阀门、管道支吊架、热补偿装置、测量装置、保温材料等组成。 四、汽水管道的基本要求 对发电厂汽水管道组成的基本要求是：运行安全可靠，灵活方便，投资少，运行费用低。发电厂管道系统主要内容如下： 管道的规范与材料管道阀门管道膨胀、补偿、支持、保温及涂色管道的运行与维护第一节 管道的技术规范掌握以下几个知识点： 设计压力设计温度设计压力和设计温度的表示方法公称压力公称直径常用管材钢号及使用温度一、设计压力 设计压力一般是指管道运行时介质的最大工作压力。 国产机组主蒸汽管道的设计压力，取用锅炉过热器出口的额定工作压力。引进国产300MW、600MW机组及部分进口机组，允许超压5运行，故管道设计压力还应加上5的超压值。二、设计温度 设计温度一般是指管道运行时介质的最高温度。 主蒸汽和高温再热蒸汽管道的设计温度，应分别取用锅炉额定蒸发量时过热器、再热器出口的额定工作温度，再加上锅炉正常运行时允许的温度偏差值。温度偏差值可取5。三、设计压力和设计温度的表示方法 管道的设计压力、设计温度也可用标注压力和温度的方法来表示。例如P54140，54表示设计温度为540，140表示设计压力为表压13.73MPa(140kgfcm2)。四、公称压力 1、定义 公称压力是某种管材在一特定温度（碳素钢为200，耐热合金钢为350）下的允许工作压力，是国家标准中规定的管道的承压等级。对碳素钢管道和附件为在0200等级及以下允许的工作压力。公称压力和允许工作压力都是对应管道介质压力和温度的一个组合参数。管道公称压力用符号PN表示，其单位为MPa。 2、作用 发电厂汽水管道采用的材料不同，承受的工作压力不同，即使是采用同一种材料，管道的最大允许工作压力也是随着管内介质温度的升高而降低的。汽水管道的这一特性，给汽水管道的制造、选用和计算带来了不便，为了实现管道制造和使用上的标准化为此，国家标准中将管道压力分为若干个公称压力等级，压力等级随钢材而异。 如碳素钢由0.098149.033MPa分为16个压力等级，温度由0450分7个温度等级，。合金钢由0.098198.0392MPa分为19个压力等级，温度由350530分9个温度等级。每一个温度等级下的压力数值是介质相应的允许最大工作压力。 20号钢的公称压力表公称 压力 MPa 试验 压力 MPa 设 计 工 作 温 度 () 200 250 300 350 400 425 450 允 许 工 作 压 力 (MPa) P20 P25 P30 P35 P40 P42.5 P45 O.0981 0.1961 0.0981 0.0883 0.0785 0.0686 0.0588 0.0490 0.0392 0.2452 0.3040 0.2452 0.2354 0.2059 0.1863 0.1667 0.1373 0.0981 6.2763 7.845 6.2763 6.0801 5.4917 4.9033 4.2169 3.5304 2.5497 9.8067 12.258 9.8067 9.5125 8.5318 7.6492 6.6685 5.5898 4.0207 15.691 19.613 15，691 15.298 13，729 12.258 10.591 8.9241 6.4724 49.033 61.292 49.003 47.758 42.953 38.246 33.343 27.949 20.300 说明：表中公称压力15.691的管子，随工作温度的增加，允许工作压力由15.691降至6.4724 MPa，即同一公称压力的管道，适用于不同的介质参数。例如：当设计工作温度为350，设计工作压力为4.9033MPa时，应选用公称压力为6.2763MPa。五、公称直径（公称通径） 1、定义 国家标准中规定的管道的内径等级，是管道名义上的计算内径，不是实际内径。管道的公称直径用符号DN表示，其单位以mm计。 2、作用 在允许的介质流速和压降损失下，管道中流过的工作介质数量由管道内径来决定。在国家标准中规定了管道内径等级，规定管道的内径等级，原因是管道内径的实际大小，通常不同于公称直径。例如无缝钢管，当外径和壁厚都为同样国家标准中所规定，公称压力不同，管壁厚度也不同。随公称压力的增大，壁厚也增大。 我国管道的公称直径标准等级范围是14000mm，共分54级，如表3-2所示。用于中参数管道的公称直径，壁厚s和外径D。的钢管规范，如表3-3所示。表3-2 我国管道的公称直径 单位：mm公称直径 公称直径 公称直径 公称直径 公称直径 公称直径 公称直径 公称直径 Dg Dg Dg Dg Dg Dg Dg Dg l 6 32 150 400 lOOO 1800 3200 15 7 40 175 450 1100 2000 3400 2 8 50 200 500 1200 2200 3600 25 10 65 225 600 1300 2400 3800 3 15 80 250 700 1400 2600 4000 4 20 100 300 800 1500 2800 5 25 125 350 900 1600 3000 表3-3 20号钢管规范品种 Pg 2.5、4.O Pg 6.4 Pg 对约束物(设备或固定支架)的推力为： P=zF=z/4()=9.8105N 由上式计算结果可以看出，仅仅长20m的这么一段受约束的蒸汽管道，对所连接的设备或固定支架产生如此之大的推力，这是绝对不允许的。为保证安全在设计和运行中就必须控制推力在允许范围内，因此在管道两固定点之间要进行补偿。二、管道的补偿方法 发电厂管道常用的补偿方法有热补偿和冷补偿(冷紧)两种。 （一）热补偿 热补偿是指管道在热胀冷缩时，允许有一定程度的自由弹性变形来吸收热伸长，以补偿热应力，将热应力减小至允许范围内。 1、自然补偿(自补偿) 在管道布置时，利用管道自然走向所形成的平面的或空间的弯曲管道的弹性，来补偿管道的热伸长称为自然补偿， 如图3-9所示。 当自然补偿不能满足要求时增设补偿器。 2、补偿器 当管道受到敷设条件的限制不能采用自然补偿或管道自然补偿不能满足要求时管道上加装热膨胀人工补偿器。 常用的补偿器有形、形、波形和套筒式三种。 (1) 形和形弯曲管补偿器 形和形弯曲管补偿器是由管子本身弯曲制成的。 这种补偿器的优点是结构简单，运行可靠，补偿能力大，适合任何压力和温度。缺点是本身尺寸大，占地面积大，耗管材多，介质流动阻力大。 弯曲管补偿器一般安装在两固定点之间，弯曲半径常取管外径的4倍，为简化弯曲管补偿器的计算，可利用专门的线算图。在安装这种补偿器时必须进行预先冷拉，冷拉长度不小于补偿能力的一半。 当布置这种补偿器有困难而管道工作压力又较低时，可考虑采用其它形式补偿器。(2)波型补偿器 波型补偿器是34mm厚的钢板压制或焊接制成的。 这种补偿器的波纹节-般为36节，每节只能吸收57mm的伸缩量，所以补偿能力较小。管内介质压力较低时，也能产生较大的轴向力，因此这种补偿器只能用于工作压力在0687MPa及以下的管道上。当波型补偿器水平布置时须考虑每个波节中的凝结水放出，防止水冲击。 波型补偿器还可以利用其本身弯曲变形组成铰链式补偿装置，以吸收管道的径向热伸长， (3)套筒式补偿器 套筒式补偿器是在管道的接合处装有带石棉绳等填料的套筒，管道热膨胀时可以自由的伸缩。 这种补偿器的优点是结构尺寸小，可以接受很大的热伸长。缺点是运行维护工作量大，要定期更换密封填料，产生的轴向力也较大。一般只用于介质工作压力低于0.588MPa和直径在80-300mm的管道上。多应用在热力网的热水管道或锅炉的排汽管上。 (二)冷补偿(冷紧) 冷补偿是管道在冷状态时，预先加以相反的冷紧应力，使管道在运行初期热胀时减小热应力，减小管道对设备的推力和力矩。 冷紧的大小，用冷紧比r表示： r=冷紧值/（热伸长值+端点附加位移） 当所计算管段的端点不是固定支架，而是方向性支架时，与计算管道相连接设备或管道给予端点的位移，称为端点附加位移。 在DLGJ 23-81中规定冷紧值的大小，对于蠕变条件下(碳钢380及以上，低合金钢和高铬钢420及以上)工作的管道，冷紧比不小于07；对于其它管道，当热伸长较大和需要减小对设备的推力及力矩时，冷紧比一般采用05。 冷紧口一般选在便于施工靠近平台、梁柱和管道弯矩较小的地方。三、管道的支吊架 管道支吊架的作用是： 1、承受管子、附件、保温结构、管内介质重量； 2、固定管子，承受弹簧支吊架预压弹簧所产生的作用力，弹簧支吊架转移至刚性支吊架的转移荷重，活动支吊架的摩擦作用力，管道热胀或冷缩所产生的作用力和力矩，管内介质所产生的作用力(排汽管和装有波型或套筒补偿器的管道)； 3、合理的分配以上各种力，以满足管道热补偿及位移的要求，减少运行中管道振动。 管道支吊架包括支架和吊架，支吊架用包箍或焊接与管道相连。支吊架的种类有如下几种：(一)管道支架 管道支架有固定支架、活动支架和弹簧支架等。 固定支架是固定管子用的。应用在管道受热膨胀时不允许发生任何方向位移和转动的支撑点，承受着管子、附件自重，保温层和管内介质重量以及作用力和力矩。 活动支架不仅要承受管道的重量，同时还要在管道运行中温度变化时，限制管道位移的方向，使支持点能按规定的方向移动。 选用原则： 1、对由于摩擦产生的作用力，无严格要求时，采用滑动支架。 2、要求减小管道轴向摩擦力时，采用滚柱支架。 3、要求减小管道水平位移摩擦力时，采用滚珠支架。如果水平管道只有一个方向上的水平位移时，采用导向支架。 4、管道有垂直位移支撑点时，可采用弹性支架。弹性支架如果还有水平位移时，可加柱滚或滚珠盘。 (二)管道吊架 管道吊架有普通吊架、弹簧吊架等。 普通吊架可保证管道悬吊点所在水平面内自由位移。 弹簧吊架通常用于自然补偿具有复杂位移的管道，可保证悬吊点在空间任意方向位移。当管道有垂直位移时，采用弹簧吊架。如还有水平位移时，可采用加滚柱或滚珠盘的弹簧吊架。 (三)恒力支吊架 恒力支吊架适用于高温高压，冷热态温差变化大，热位移大的管道，在管道运行时承载能力不变或变化很小。通常应用在限制转移载荷或垂直上下位移各约60mm、90mm以上的支吊点上。恒力吊架如图3-19所示。 四、管道的保温 发电厂中管道内的介质温度高于环境温度时，应对管道进行保温。管道保温不但可以减少热量损失，提高经济性，而且可以降低环境温度，改善仪表、设备的工作条件。对高温高压管道的厚壁管道，如果保温不好，就会增加管道内外壁温差，增大了金属材料的热应力。同时，管道保温也起到保护人身安全，避免烫伤，改善工作环境以及防火等作用。管道的运行与维护第五节 管道的运行与维护本节需要掌握以下几个知识点： 汽水管道的冲洗管道的运行阀门的运行和维护管道停用时的防腐 一、汽水管道的冲洗 汽水管道检修、安装完毕后，在管道系统内往往存在一些杂物，如焊渣、金属屑和泥沙等。这些杂物在管内存留将会给机组的安全经济运行带来极大的危害： 1.它们可能造成阀门的卡涩和损坏，同时使蒸汽品质在很长时间内达不到合格要求； 2.如果杂物沉积在水冷壁或过热器、再热器内，则会造成管道堵塞，发生爆管事故； 3.主蒸汽管道内的杂物随蒸汽冲进汽轮机时，能打坏汽轮机的喷嘴和叶片。 因此在管道投运前，除进行水压试验以检查其严密性外，还必须对汽水管道进行冲洗或吹管，以获得洁净的汽水管道系统。发电厂汽水管道的主要冲洗工作是指高低压给水系统的冲洗和蒸汽管道的吹管。(一)炉前系统管道的冲洗 炉前系统管道包括凝结水管道和排水管道。冲洗时必须接上临时上水上水和排水管道。 1、凝结水管道的冲洗 2、高压给水管道的冲洗 3、炉前系统管道的化学清洗 (二)蒸汽管道的吹扫 蒸汽管道的吹扫，又称蒸汽管道的吹管。二、管道的运行 管道的运行工作，一般是指管道的投入、停止和运行中的检查维护工作。 (一)管道的启停注意事项 1、蒸汽管道在开始投入时，一定要暖管和注意管道的疏水排放，同时要避免温度的急剧升高。否则管道内外壁温差很大，因而产生很大的热应力。急剧的温度变化产生冲击热应力，这种现象称为热冲击。当热冲击严重时，可能使金属材料产生很大的变形，以致出现裂纹。 2、在开始暖管时，总要出现蒸汽冷凝现象。为了防止蒸汽管道内存水，必须加强管道的疏水工作。管道内存水不但会造成水冲击，而且有可能把水带进运行的热力设备内，造成设备的损坏。 3、管道的支吊架工作正常，管道膨胀良好，法兰、盘根等无泄漏，管道无晃动或振动，管道内设有冲击声。 4、暖管要注意管道金属壁的温升，应尽量避免温度突然升高，任何时候都不应出现超过规定的数字。为此要做到均匀的开启来汽门，避免突然开大来汽门。在升压过程中，可根据压力升高的程度逐渐地关小疏水门。 5、水管道投入时要注意把管内的空气排净，缓慢向管道充水，要避免发生水锤现象。因为这种水冲击的力量很大，往往能破坏阀门和设备。(二)加强日常的运行检查工作 1.在管道的日常运行中，要注意工质温度的变化。一般要求主蒸汽管道不得超温、超压运行。要尽量避免温度的频繁变化，否则会造成管道金属的热疲劳。 2.蒸汽温度、压力的升高，对蒸汽管道的安全运行有着很大的影响。特别是蒸汽温度的升高，带来的危险性更大。它加速金属材料的蠕变，同时使材料的许用应力急刚下降。 我国高温高压机组规定下列原则：蒸汽压力允许在规定0.2MPa范围内变化，超过0.2-0.5MPa时，要采取措施以降低压力。蒸汽温度允许在规定值的5范围内变化。超过10以上，或在这一温度运行10至30分钟后仍不能恢复正常时，要停止运行。而且这种情况全年的累计数不应超过20小时。 3.运行人员应记录好蒸汽管道的年累计运行时间，启停次数和超温、超压的情况。要定期地检查管道的运行状况。管道的保温应完整良好，不准有脱落和裸露现象。检查管道的支吊架、法兰、阀门和膨胀情况。在降雨期间还要加强对露天布置管道的检查。在寒冷地区要做好管道防冻工作。 三、阀门的运行和维护 1.正确地使用与维护阀门，不但能保证阀门的安全运行，而且能延长阀门的使用寿命。 2.必须按照操作规程的规定和制造厂家的要求操作阀门。每次开启蒸汽阀门之前，必须按升温要求预热阀门，升温速度不得得过快，避免热冲击。如果阀门有旁路门时，应预先开启旁路门。在每次开启水门时，要防止水冲击现象发生。 3.关断阀门，不能作为节流或调节阀用，关闭时必须严密。如果在密封面处有缝隙，那么介质就从缝隙间高速流出，从而加速密封面磨损。 4.对于高温高压的阀门，要经常检查其保温伏况，应完好无损。如果阀门本体保温脱落，要及时处理好。没有保温的阀门，在运行中将受到周围环境的冷却，其阀门外表面温度比内表面低，出现热应力。当阀门关闭时，阀门外壳冷却得快，而阀杆与阀芯冷