供熱對機組提效意義重大，由于各火力發(fā)電廠處于不同的投資、施工環(huán)境，需要對供熱改造施工中遇到的實際問題進行探索。河南華潤電力首陽山公司(以下稱華潤首陽山)2014年度完成了對偃師北環(huán)工業(yè)區(qū)供熱改造工程，總工期僅為55天。本文結合該公司部分供熱改造成果，從創(chuàng)新角度提出思路，以供借鑒。
1前言
河南華潤電力首陽山有限公司一期工程安裝2×600MW超臨界燃煤機組，汽輪機型號為：N630-24.2/538/566，超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓、純凝汽式汽輪機。鍋爐為哈爾濱鍋爐廠制造的型號為HG-1987/25.4-PM1超臨界參數(shù)變壓運行直流爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐。兩機為單元制設計，即一臺爐對應一臺機，投資少，結構簡單。
該機組沒有供熱，而熱電聯(lián)產供熱機組的熱效率要遠高于純凝機組，是節(jié)能改造的重要舉措。加之國家政策性的引導，供熱對于純凝發(fā)電機組是新的盈利單元模式。隨著近年來經濟的蓬勃發(fā)展，偃師北環(huán)工業(yè)區(qū)出現(xiàn)了較大的供熱缺口，政府將偃師北環(huán)供熱改造項目做為2014年度市級重點項目。開拓供熱市場勢在必行。
工程設計的供熱管道采用Ø426×10的無縫鋼管，總長約3730米，其中架空敷設約630米，直埋敷設約3100米。供熱管線沿途多為廠區(qū)，除協(xié)調難度大外，管線與燃氣管線反復交錯，需穿越道路24處，跨越溝渠、水池13處，且大部分地下設施無圖可查，需根據(jù)實際開挖情況另行設計。為了在55天的施工工期內完成施工，華潤首陽山電廠在改造中充分考慮安全性、經濟性，成功的解決了如供熱抽汽點選擇與系統(tǒng)設計、直埋管道復合保溫、施工區(qū)域地面及地下環(huán)境復雜、施工各道工序交叉作業(yè)等諸多方面的難題。
2工業(yè)供熱抽汽點的選擇與系統(tǒng)設計
2.1系統(tǒng)設計論證
1)供熱抽汽點的選擇
針對國內配套東方汽輪機的大型純凝火電機組改造工業(yè)供熱，抽汽口主要選擇有：在主汽、再熱冷段或熱段管道及各級回熱抽汽管道上抽汽;或者對進汽調節(jié)閥、汽輪機本體汽缸改造抽汽。兩種方案基于熱用戶參數(shù)的選擇，盡量選擇匹配接近的蒸汽抽汽參數(shù);原則是改造對機組變工況運行影響小，安全可靠，改造范圍小，費用低。
經對工業(yè)區(qū)潛在的熱用戶進行調查，結果如下表：
針對目前熱用戶工藝參數(shù)需求，認為冷段抽汽滿足各用戶需要，改造投入費用最低。選取機組冷段再熱管道做為抽汽點，供熱參數(shù)設計為1.35～1.58MPa，溫度280-310℃，由各用戶單位自行建設減壓站。
2)通過學習控股建設部編制的《汽輪機鄰機加熱技術方案》[1]，了解兩種改造都要從冷段管道進行抽汽，一個是機組啟動時用，一個是常態(tài)供熱抽汽，抽汽參數(shù)相同，論證結論為可以兼容汽源。鄰機用汽較供熱系統(tǒng)設計的管路能力供汽量小的多，即：系統(tǒng)的設計規(guī)格需要根據(jù)最大的抽汽能力參數(shù)確定，即：單機供熱能力。聯(lián)系哈爾濱鍋爐廠設計部門核對，認為在機組正常供熱時，考慮供熱后，可能會引起再熱器超溫，冷段最大的抽汽量可以達到50t/h(主機設備不作改動時，機組單臺機往外供工業(yè)蒸汽的最大抽汽量)。
3)考慮經費及安全問題，最終決定按最大抽汽量50t/h設計，即：抽汽管路中調節(jié)閥及抽汽止回閥的流量能力不能超過50t/h，以保障機組的安全運行。
長期運行注意：1、主機調節(jié)級壓力不能超過廠家給定的限制值19.2MPa，以便機組各級參數(shù)不致超限，確保機組安全。2、其他各級監(jiān)視段也不能超壓運行，超壓運行意味流量過大，機組級間壓力超限，導致隔板應力和板體撓度值偏大而變形，影響機組長周期安全運行。3、監(jiān)視機組各支持軸承、推力軸承溫度和振動不能超限運行。4、軸向位移的變化也要重視。
4)供熱母管作為兼顧實現(xiàn)鄰機加熱，為了便于母管壓力的調節(jié)，將原“鄰機加熱技術”設計在高加入口的調節(jié)閥改為機組抽汽供熱出口進行調節(jié)，使得初參數(shù)實現(xiàn)本機調節(jié)保障供熱兩機獨立控制補給，并鄰機啟動調節(jié)。對于高加入口的蒸汽調節(jié)，可以通過電動門的中停功能實現(xiàn)。為了保障系統(tǒng)的有效退運，各設備與主系統(tǒng)的隔離，均采用雙道隔離閥操作，以確保有效安全隔離。提高了供熱及機組啟動時的調節(jié)兼容性和機組的安全可靠性。
5)系統(tǒng)的疏水設計，高加疏水需要利用熱源輸至除氧器;管路的常態(tài)暖管疏水盡量輸至低等級的加熱器利用熱源，或采用高品質的DFS倒置浮杯是自動疏水器盡量減少系統(tǒng)漏汽的可能，并確保介質的流失降低。
2.2工業(yè)抽汽及鄰機加熱系統(tǒng)設計
設計思路：供熱高壓汽源管路利用冷段抽汽母管供給，而鄰機加熱系統(tǒng)由兩級加熱器組成，第一級為除氧器，把給水加熱至150℃;第二級為#2高加，將經過除氧器加熱后的給水進一步加熱至180-210℃，以滿足鍋爐的啟動沖洗需要。
在#1、#2機組之間增加抽汽供熱母管(即鄰機加熱聯(lián)絡母管路)，設計參數(shù)：P=5.69Mpa(g),T=326℃;管道為20G無縫鋼管，通流能力為100t/h，分別從#1、2機組冷再至輔汽聯(lián)箱的管路上引出一根蒸汽管道至供熱母管，管道為20G無縫鋼管，單機最大抽汽能力為50t/h的冷段蒸汽(注意監(jiān)視控制：再熱器超溫及調節(jié)級壓力和各監(jiān)視段壓力超限)。為了保證機組的運行安全在引出管道上分別安裝帶氣動執(zhí)行機構的止回閥、電動閘閥和壓力調節(jié)閥，在供熱母管上設置兩個壓力、溫度測點分別進入#1、#2機DCS，用于調節(jié)供熱母管壓力，通過在供熱母管上的調節(jié)閥、安全閥、逆止閥、隔離閥、流量計、疏水器等設備，可向外提供工業(yè)性供熱熱源，通過實現(xiàn)機組供熱。
由偃師北環(huán)工業(yè)區(qū)各單位用汽不允許被中斷，一般情況，宜采用雙線供汽的管網型式，每根母管各承擔50%-75%的熱負荷，當一根管線發(fā)生事故時，可通過提高另一根管線的初壓來保證用戶生產工藝的連續(xù)用汽。但考慮到雙線管網的投資成本，且經過現(xiàn)場勘察，沿線最小通過距離僅為1.5m，最終確定為單線供汽;為保證供汽的質量和穩(wěn)定性，在#1、#2機組冷再抽汽管道之間設置聯(lián)絡母管，從聯(lián)絡母管上開口提供工業(yè)蒸汽?！度A潤首陽山熱網至北環(huán)工業(yè)區(qū)改造工程可行性研究報告》[2]
工程設計的供熱管道采用Ø426×10的無縫鋼管，總長約3730米，其中架空敷設約630米，直埋敷設約3100米。供熱管線沿途多為廠區(qū)，除協(xié)調難度大外，管線與燃氣管線反復交錯，需穿越道路24處，跨越溝渠、水池13處，且大部分地下設施無圖可查，需根據(jù)實際開挖情況另行設計。為了在55天的施工工期內完成施工，華潤首陽山電廠在改造中充分考慮安全性、經濟性，成功的解決了如供熱抽汽點選擇與系統(tǒng)設計、直埋管道復合保溫、施工區(qū)域地面及地下環(huán)境復雜、施工各道工序交叉作業(yè)等諸多方面的難題。
設計出的抽汽系統(tǒng)圖如下：
3彎制彎管轉向方式的使用
直埋管道的拆彎處受力十分復雜，需分別考慮管道內壓、埋土壓力、熱膨脹力、土壤與管道之間的磨擦力等因素，其中內壓和埋土壓力較小，可以忽略。經過前期對國內供熱機組進行調研，大部分供熱管道轉向方式主要由以下幾種。
大量的理論和試驗表明，焊制彎管比同直徑的彎制彎管具有較高的局部應力，使用壽命短。另一方面，施工區(qū)域環(huán)境比較復雜，管線與道路及燃氣、排水管線反復交錯，且多數(shù)地下附屬物無詳細圖紙，需根據(jù)開挖情況另行設計，如采用定角度彎頭的轉向型式，在管線施工受阻時將可能造成無法調整的后果，或者加大折彎角度，使焊縫處的局部應力加大而影響管道使用壽命。鑒于施工現(xiàn)場的實際情況，華潤首陽山在架空段及直埋段的大角度折彎處100%采用了5D彎制彎管。從效果來看，由于彎管半徑大，大大降低了沿程的阻力系數(shù)，全線總長約3730米，高程差為20米，而在供汽始端壓力為1MPa時，全線壓降僅為0.2MPa。主要的優(yōu)點有：
(1)由于沿程阻力小，使供熱的整體經濟性得到大幅提高;
(2)轉彎半徑大，可減少吹管次數(shù)和時間，節(jié)省吹管時的蒸汽消耗量;同時，在吹管期間可帶出更多的管道內部異物，使各蒸汽用戶的設備安全性得到提高;
(3)全部采用5D彎制彎管，在施工時可根據(jù)實際需求任意調整折彎角度，降低了彎管的定貨難度，也規(guī)避了在測繪、設計時的誤差風險，大大的降低了施工難度和周期。
4直埋管道復合保溫的改進
目前無論是采暖還是工業(yè)供熱管道，近年來"鋼套鋼"保溫結構和內固定形式應用最多，不可否認，鋼套鋼保溫形式有著管道熱損失小，節(jié)約占地面積等優(yōu)點，便同時也有著明顯的局限性：鋼套鋼保溫結構造價高，比復合保溫高出約一倍左右;鋼套鋼結構在膨脹節(jié)處的制作較為復雜;鋼套鋼保溫結構在管道焊接時需進行雙層鋼管的焊接，加上焊接工藝相對復雜，使整體工作量提高一倍左右;鋼套鋼保溫結構在內部芯管發(fā)生泄漏時不易被發(fā)現(xiàn)，需大范圍的尋找受損部位，華潤首陽山供熱沿線多為廠區(qū)，協(xié)調難度大，不利于事故的發(fā)現(xiàn)和處理，另一方面，工業(yè)區(qū)區(qū)域地下相對水位線較高，地下水滲透至保溫層的可能性較小，故初步將供汽管道保溫結構確定為"玻璃鋼套鋼"形式。大部分廠家生產的玻璃鋼套鋼結構由內至外依次為：1工作鋼管2潤滑層3硅酸鈣隔熱層4反射層5硅酸鈣隔熱層6聚氨酯保溫層7玻璃鋼外護層。
但該結構在實際生產中有幾個問題：
(1)由于工人制作水平的差異，硅酸鈣隔熱層之間的間隙較多，對于外層發(fā)泡劑(聚氨酯保護層)用量不易估算，間隙內部發(fā)泡情況也不易進行控制、檢查。
(2)兩層硅酸鈣隔熱層之間為反射層，由于分屬于不同的工序，浪費大量的工序轉換時間;
(3)外層硅酸鈣隔熱層在反射層之外，而管道內為高溫介質，所起的保溫隔熱效果有限。
針對以上問題，對直埋段保溫結構做如下圖的改進，從設備供貨周期上看，節(jié)省時間約為20天，同時也使外層聚氨酯發(fā)泡效果得到有效控制，提升了保溫效果：
5管道疏水方式及疏水井的設計
華潤首陽山全線共設疏水12處，其中啟動疏水8處，常態(tài)疏水4處。常態(tài)疏水根據(jù)實際需求設計為以下型式：
在疏水(閥門)井的制作方面，由于施工工期的限制，摒棄了傳統(tǒng)的混凝土結構，采用了全鋼板式防水結構，示意圖如下：
從圖中可以看出，中間的隔板及角鋼做成的爬梯使疏水井強度得到提升，同時將疏水井分隔成干濕兩個空間，濕室內的疏水和蒸汽不影響干室內閥門的操作。提與傳統(tǒng)的疏水井相比，鋼板式結構還有以下幾個優(yōu)點：
(1)混凝土疏水井需要等管道完全焊接完成后才能開始施工，而混凝土的凝固還需要較長的時間，而鋼板疏水井則可提前預制，避免交叉作業(yè)，大大縮短工期;
(2)疏水井的制作占用人工少，周期短，且整體造價基本相當;
(3)對于后期增加新的熱用戶，在開孔時需對原混凝土結構進行破壞，工序復雜且恢復困難;
(4)混凝土結構密封性能較差，在雨季地下水易滲入疏水井中形成積水，嚴重時可能會浸沒主管道
6系統(tǒng)投運技術
6.1暖管
(1)使管道平緩的進行膨脹，防止突然升高管道溫度造成局部應力過大破壞管道，保證每個啟動疏水點位置的為過熱飽和蒸汽，維持不高于800米/h的加熱速率，且結合實際情況調小疏水閥開度，保持小流量干蒸汽，進行下一位置段暖管。
(2)暖管分兩個階段，第一階段為冷段、供熱母管至冷段抽汽供熱調節(jié)閥前電動門處，先暖冷段供熱母管至冷段抽汽調節(jié)閥電動門前，用冷段至供熱母管調節(jié)門調節(jié)壓力進行第一階段暖管，開啟冷段抽汽供熱旁路電動門前疏水進行暖管，壓力達0.3MPa停止升壓，開啟至凝汽器疏水時防止真空下降過快。并利用疏水至地溝的管路將調門后機房內管道疏水排凈，暖管至過飽和運行溫度。
(3)第二階段為冷段抽汽供熱逆止閥后所有用戶供汽管道，開啟冷段抽汽供熱逆止閥后至地溝疏水門，開啟機房外所有啟動疏水，通過調節(jié)冷段抽汽供熱調節(jié)閥，通入管道少量預熱蒸汽進行升溫暖管。
(4)打開管線所有的疏水排汽，將管中的空氣排凈，沿途無水時逐漸關閉疏水。直止最后一個疏水無水。
(5)在暖管的過程中，重點檢查管線支架位移、補償器的伸縮情況，并做記錄。
6.2升壓
(1)當管路最后一個疏水無水時，保持此疏水常開，保持一定的通流量，對系統(tǒng)進行升壓，升至0.1MPa時對管線進行全面檢查，防止管道振動或泄漏，檢查正常后繼續(xù)升壓。
(2)當壓力管線壓力升至0.3MPa時停止升壓，保持此壓力1小時進行升溫穩(wěn)溫。
(3)當壓力0.3MPa1小時后，可根據(jù)熱用戶參數(shù)要求進行升壓，逐漸投入熱用戶，熱用戶投運后，關閉管路最后一個疏水。
7總結
華潤首陽山通過認真的分析和不懈的探索，成功的解決了偃師北環(huán)工業(yè)區(qū)供熱改造施工過程中遇到的諸多難題，在十分有限的時間內完成了土建開挖、管道安裝及調試工作，從投運后的各項參數(shù)指標上看，本文提到的創(chuàng)新技術均取得很好的效果，對工業(yè)園區(qū)的可持續(xù)發(fā)展和投資吸引力產生積極的影響。
