浅析中美标准在电厂水工设计中的不同

曲恺珩，杜虹晔

(中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，吉林 长春 130021)

随着中国电力建设行业的蓬勃发展，越来越多的电力工程承包商开始进入国际电力建设市场。国外业主在标书中通常选择美国、英国标准或ISO等国际标准作为设计依据。此外，各国的历史背景、宗教信仰及经济领域都各有不同，为了适应市场的需求，通过了解中国标准与国际标准的不同点，进而完善项目设计，就成了一项有意义的研究课题。

1 工程实例

美国作为世界上最具影响力的发达国家，其电力行业标准也被很多其他国家和地区所采用。下面以巴基斯坦某联合循环电站项目为例来浅析中美标准在水工工艺设计中的差异。

1.1 专业设计范围

巴基斯坦某联合循环电站新建两台GE209H型燃机，两台余热锅炉及一台汽轮机。

水工工艺专业设计内容包括：直流供水系统、循环供水系统、辅机冷却水系统、补给水系统、工业水系统、集水渗坑等各系统构筑物、泵站、管、沟的设计。

本工程配置两套冷却水系统，2月—10月期间采用河水直流供水系统，冷却水来自电厂附近灌溉内河，经过凝汽器及辅机冷却后重新排入灌溉渠。12月—1月河道枯水期采用以机械通风冷却塔为冷却设施的二次循环冷却系统，补给水水源为地下水。

1.2 设计相关标准

本工程设计遵循的标准及适用范围：

ASME 动力管道、法兰、阀门、压力容器

ASTM 管道及设备材料

AWWA 水工管道系统(大管径)

HI 水泵布置及流道设计

2 冷却水系统设计

本工程最为主要特殊性是配置两套冷却水系统：当电厂运行直流冷却系统时，主水源为临近的灌溉渠，当地灌溉属规定渠道每年需关闭2个月进行清淤维护，为保证渠道枯水期电厂的正常运行，故同时

配置了二次循环冷却系统。由于两系统供水扬程差异较大，故设置两套泵组，建设了两个冷却水泵站。业主要求两个系统之间可以实现在线切换功能，使得系统复杂，连接节点多、切换多。

依标书要求，其泵组、冷却塔都需设有相应备用设备。

但由于本身已为两套系统，再留有备用，进而导致规模量增大。每套系统配置3×50%主冷却水泵，3台50%辅机冷却水泵及相应除污设施，造成投资增大。

鉴于冷却塔群数量庞大，且机械通风冷却塔故障率较高，业主希望每格冷却塔应具有独立检修功能，故每格冷却塔水池均独立出水，并设闸门井相互隔离。

从系统设计中可以看出，美国标准为了提高系统运行稳定性而尽量对设备采用备用。而中国标准基于大量的运行经验，对主冷却水系统及某些辅助系统不强制要求设置备用，在一定程度上降低了投资，同时可缩短工期。

3 水泵及流道设计

本工程水泵流道设计基于美标规范ANSI HI 9.8，见图1。

图1 矩形进水构筑物布置

美标规定水泵进水流道底坡应小于10°，国标此项规定放宽到15°。

水泵及流道设计有如下注意事项：

(1)在初步确定流道尺寸后，还需与水泵厂进行沟通，进行相应调整。

(2)部分制造商要求水泵出口提供传力接头，消除振动及应力。

(3)建议水泵设置lock device即防倒转装置。

多数执行美标等高规格设计标准的国外项目都会要求对取排水系统进行大量的数模、物模试验，对于水泵及流道的物模试验要兼顾到各种不利工况。

4 管道设计

美国标准中，不同材质、不同用途的压力管道都有相应的技术标准。由于水工工艺管道口径变化范围较大，考虑使用如下不同规范：

冷却水管： AWWA M11 800 mm以上

其他小管径管道：ASME B31.3 800 mm以下

美标管道壁厚采用AWWA M11进行计算，需要先进行挠度及刚度计算初步确定管道壁厚，使用水锤压力进行核算，以确定最终壁厚。当管道内外均采用防腐措施时，无需考虑腐蚀余量。

管道系统需进行瞬变流分析计算以确定系统水锤压力。

管道的内外防腐方式可以有多种选择，具体如下：

外防腐：环氧/冷缠带/聚酯

内防腐：环氧/水泥砂浆/聚酯

当土壤腐蚀强度较大时需考虑设置阴极保护，具体可采用外加电流或牺牲阳极的方式。

管道设计有如下注意事项：

(1)尺寸单位存在公英制转换问题。

(2)美标材质替换问题。

(3)设备与管道接口法兰标准应一致。

5 环境、生态保护

近年来，环境、生态保护问题逐渐被社会所重视。这就要求电站设计人员在完成机组设计工作的同时，也要遵循世界环境卫生组织或当地的环保标准。

在进行直流冷却系统设计期间，相应开展温排水数值模拟研究。研究可划分为两阶段：第一，针对不利水文条件、电厂取排水量，开展多种排水型式的排口近区射流轴线温排水稀释特性的对比研究，结合世界环境卫生组织标准以及工程设计等方面要求，初步确定排水方案。第二，在不利水文、机组运行条件下，对初步确定的排水方案开展温排水输移扩散数值模拟，提出最终推荐排水方案及其温升影响范围及取水温升特征值，保证冷却水排水满足100 m范围内水温升高不得高于3℃的环保标准。

另本项目各废水及二次循环冷却系统运行期间的循环水排污水均不外排，在厂内设置了大型渗坑，以蒸发、渗透的方式消纳。

6 结语

随着国家“一带一路”倡议的提出，中国电力企业将更加踊跃地投身国际电力市场。熟练使用国际规范将是设计单位的迫切需求。本文依托国外某联合循环电站工程，对中美两国设计标准进行对比，可为未来海外电站设计提供参考。

参考文献:

[1] DL/T5339—2006，火力发电厂水工设计规范[S].