火电厂保温设计优化及常见问题分析

王正华，张珊，朱科，谢毅

(中国能建湖南省电力设计院有限公司，湖南长沙410007)

火电厂保温设计优化及常见问题分析

Analysis of common problems and design optimization of heat insulation in thermal power plant

王正华，张珊，朱科，谢毅

(中国能建湖南省电力设计院有限公司，湖南长沙410007)

本文结合某超超临界机组的高温管道，从降低保温层外表面限制温度出发开展保温设计优化探讨，降低保温层外表面限制温度到45℃，具有可行性和经济性。并对在保温设计中遇到的问题如保温材料的选择、计算原则、天气影响等进行了分析，提出相应建议。

保温；设计优化；材料

为了减少电厂设备和管道的散热损失，提高经济效益，文献〔1〕对火电厂保温规定:保温结构外表面温度限值为50℃，50℃成为保温设计外表温度限值的基准点〔1〕。文中结合某超超临界火电机组的高温管道保温设计，将保温结构外表面温度限值降为45℃。经计算比较，论证了其可行性和经济性，并结合工程实践，对保温设计中几个常见问题进行分析探讨。

1 超超临界机组保温设计的优化探讨

某超超临界机组电厂的保温优化设计中，将保温结构外表面温度限值确定为45℃，而常规保温设计中该限值为50℃。现以某工程中具有代表性的主蒸汽、再热热段、再热冷段为例，对两种限值的散热损失和保温初投资比较计算，说明保温设计优化的过程以及取得的效益。

保温设计的原始数据见表1，以再热热段蒸汽管道为例进行计算，其计算过程和依据详见表2，最后将上述管道的主要计算结果汇总于表3。

由计算结果可知，对高温大口径管道，采用保温设计优化较保温常规设计，虽然保温结构初投资稍有增加，但是主蒸汽、再热热段和冷段的单台机组全寿命期(按20年折现)综合收益分别为7.83万元、7.74万元和7.47万元，经济优势明显。

表1 保温设计原始数据表

通过对高温大口径管道保温设计优化的典型数据分析，可以看出，因保温优化后的保温厚度虽有所增加，初投资虽然增加，但全寿命期(按20年折现)总体收益增加较多，2台机组的主汽再热管道可增加收益共约46万元。所以，从长远来看，保温设计优化不但利于降低电厂环境温度，改善生产和工作环境，而且利于长期运行提高经济性。

因此，降低外表面限制温度开展保温设计优化是可行的，即对高温大口径管道，适当降低高温管道或设备的保温结构外表面温度至45℃，采用保温设计优化较保温常规设计，虽然保温结构初投资稍有增加，但在机组全寿命期(按20年折现)综合收益可观，经济性优势明显。

表2 再热热段蒸汽管道保温设计依据和过程表

2 保温设计中常见问题分析

2.1 保温材料选择

从保温规程及各保温材料物性表中可以看出，在介质温度小于350℃时，保温材料可以选择高温玻璃棉制品或岩棉制品。保温设计中也没有具体的选择准则，可根据业主的要求开展设计〔2〕。高温玻璃棉制品较岩棉制品有密度低、使用安全温度高、导热系数低等优点，且岩棉制品存在一定的污染。

为了更直观的比较高温玻璃棉制品和岩棉制品的差异，以供汽管道(Φ273 mm×6.5 mm，材料20，T为279℃，L为20 m。)为例，采用“经济厚度”方法(经济厚度为保温结构表面散热损失年费用和保温结构投资的年分摊费用之和为最小值时的保温层计算厚度)，进行保温计算，结果见表4。

从表中可以看出，采用高温玻璃棉管壳较采用岩棉管壳，保温层厚度薄、单位长度管重小、保温层外壁面温度低、散热损失少、所需材料量少，而且市场上两者的价格差异不大，因此高温玻璃棉制品具有优势，介质温度小于350℃时的保温材料应优先选用高温玻璃棉制品。

表4 供汽管道保温计算结果

2.2 不同工程要求不同的保温计算原则

文献〔1〕规定的保温计算原则是根据国家标准《设备及管道保温技术道则》GB 4272/T—2008编制的，后者明确规定:为减少保温结构散热损失的保温层厚度应按“经济厚度”的方法计算，并且其散热损失不得超过规定值。按“经济厚度”的方法计算后，还需要经过外表面散热损失和表面温度校核〔4〕。根据以往经验，高温大口径管道(尤其是“四管”)，按“经济厚度”法计算后，其表面温度可能超标，因此需要对其保温层进行加厚处理。

但在实际工程中，有些工程只要求控制外表面温度，并不需要控制散热损失；而某些工程要求不仅要根据介质温度情况控制外表面温度，还要满足散热损失不超过规定值。因此从热经济性角度，建议根据管道内部流体介质情况，按照“经济厚度”计算方法初算，然后校核管道外表面温度及散热损失，如果外表面温度超值，则按照“控制表面温度”来计算保温厚度，适当增加保温层厚度。虽然保温材料厚度增加，前期材料费用增加，但外表面温度降低到一定值时，达到了减少散热损失的目的，从长远来看，能保证全厂的热经济性。

2.3 保温材料性能要求与实际到货不一致

保温设计与保温材料采购是在不同的时间完成的，设计采用的保温材料性能数据与厂家实际到货往往有差异〔3〕，一般在规定的范围内。但有时该差异却很大，可能须重新进行保温设计。

因此保温设计之前就确定保温材料生产厂家，设计时要求厂家提供满足要求的保温材料的性能参数，厂家生产的材料的实际性能必须与所提供数据一致。或者要求生产厂家完全按照保温设计中的材料性能参数来制造满足要求的材料。

2.4 极端天气的影响

保温设计时，一般对室外环境温度取当地的年平均温度计算。但是，对某些地区电力工程的室外管道或设备，冬夏两季可能会出现极端气候。因此在满足按“经济厚度”法计算保温厚度的前提下，还必须充分考虑极端天气情况〔4〕。比如夏季高温，保温结构外表面温度有可能升高到60℃以上，有可能发生烫伤的危险；冬季温度降低，防冻要求不能满足，既有生产的安全性问题，又影响设备或者管道的使用寿命。

因此考虑夏季高温和冬季低温的极端天气，对室外布置的管道或设备，利用极端天气的室外环境温度进行保温或防冻计算，增加保温层厚度。

3 结论

1)在保温设计中，保温层外表面限制温度由50℃降低到45℃，保温结构初投资稍有增加，但综合收益较高。

2)介质温度小于350℃时的保温材料宜优先选用高温玻璃棉制品。

3)保温计算按照“经济厚度”计算方法初算，然后校核管道外表面温度及散热损失，如果外表面温度超值，则按照“控制表面温度”来计算保温厚度，适当增加保温层厚度。

4)保温设计之前就确定保温材料的提供厂家或者要求生产厂家完全按照保温设计中的材料性能参数来制造满足要求的材料。

5)对室外布置的管道或设备，可利用极端天气的室外环境温度进行保温或防冻计算。

〔1〕中华人民共和国国家发展和改革委员会.火电厂保温油漆设计规程:DL/T 5072—2007〔S〕.北京:中国电力出版，2007.〔2〕周镇平，徐雪松.电站设备保温节能工程实践〔J〕.浙江电力，2012，31(10):62-64.

〔3〕赵远洋.火电厂耐火保温材料设计及施工中存在的问题〔J〕.电力建设，2002(2):13-15.

〔4〕幺莉.火力发电厂热力设备和管道保温的优化设计〔D〕.武汉:华中科技大学，2004.

TK264.11

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1008-0198(2016)01-0046-03

王正华(1976)，男，安徽人，高级工程师，硕士研究生，从事火电厂机务专业技术及管理工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.01.013

2015-04-27 改回日期:2015-06-18