热力管道设计方法

集中供热系统设计规范：

动力管道定义：

《压力容器压力管道设计许可规则》将压力管道划分为GA、GB、GC、GD四大类，其中GD类管道即为动力管道，具体指火力发电厂用于输送蒸汽、汽水两相介质的管道。

根据动力管道设计压力和设计温度的不同，又划分为GD1级、GD2级管道。

GD1级： 设计压力≥6.3MPa，或者设计温度≥400℃的管道。

GD2级：设计压力＜6.3MPa，且设计温度＜400℃的管道。

常用规范：

—《小型火力发电厂设计规范》

—《火力发电厂汽水管道设计技术规定》

—《火力发电厂设计技术规程》

—《大中型火力发电厂设计规范》

—《电力建设施工及验收规范》

—《工业金属管道工程施工及验收规范》

—《工业金属管道设计规范》

—《工业设备及管道绝热工程设计规范》

—《工业设备及管道绝热工程施工规范》

—《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》

火力发电厂生产过程：

火力发电厂指利用石油、煤炭和天然气等燃料燃烧时产生的热能加热水，使水变成高温、高压蒸汽，再由蒸汽推动发电机发电方式的总称。

主要生产过程：燃料在锅炉中燃烧加热，使水变成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。它由5个系统组成：燃料系统、燃烧系统、汽水系统、电气系统、控制系统。最主要的设备是锅炉、汽轮机和发电机。

按锅炉出口蒸汽压力和温度分类如下：

动力管道设计的一般规定：

管道设计一般要求：根据工艺系统和实际布置条件进行，做到：

选材正确、布置合理、补偿良好、疏水通畅、流阻较小、造价低廉、支吊合理、安装维修方便、扩建灵活、整齐美观，并应避免水击、共振和降低噪声。

设计参数：

设计压力：介质最大工作压力。水管道应包括水柱静压的影响，当其低于额定压力的3%时，可不考虑。

设计温度：介质的最高工作温度。

动力管道的允许工作压力与公称压力换算：

式中：［p］—允许的工作压力，MPa；

PN— 管道公称压力，MPa；

［σ］t— 钢材在设计温度下的许用应力，MPa；

［σ］s— 钢材在指定的某一温度下的许用应力，MPa。

动力管道管材选择：

动力管道水压试验要求：

水压试验用于检验管子和附件的强度及管系的严密性。

试验压力：不小于1.5倍设计压力，且不小于0.2MPa。

试验用水温度：5~70℃，环境温度不低于5℃。

试验水质：必须清洁且对管道系统材料的腐蚀性要小。奥氏体不锈钢管道采用饮用水，且氯离子含量不超过25mg/L。

亚临界及以上参数机组的主蒸汽管道和再热蒸汽管道焊缝可采用无损探伤来代替水压试验。

探伤要求符合《电力建设施工及验收技术规范（钢制承压管道对接焊缝射线检验篇）》的规定。

管道附件选择原则：

附件材料：弯管、弯头、异径管、三通、封头堵头的材料应与所连接的管材一致。法兰组件的材料，应根据管道的设计参数选用。

附件型式：

法兰：设计温度≤300℃，PN≤2.5， 选用平焊法兰；

设计温度＞300℃ 或PN≥4，选用对焊法兰。

弯管及弯头：PN≥6.3，采用中频加热弯管或符合国家标准的弯头；PN＜6.3，采用热成型弯头； PN＜1.0、DN＜50采用冷弯弯管。

异径管：PN≤2.5，用焊制异径管，PN≥4.0用模压异径管。

封头、堵头： 采用椭球形封头、球形封头或对焊堵头。

PN≤2.5采用平焊堵头、带加强筋焊接堵头或锥形封头。

动力管道三通型式选用表

动力管道法兰型式选用表

动力管道阀门选择原则：

根据系统的参数、通径、泄漏等级、启闭时间选择，布置在便于操作、维护和检修的地方。

闸阀：关断用，要求流阻较小或介质需两个方向流动时选用。

截止阀：关断用，要求严密性较高时，选用截止阀。

球阀：调节或关断用。要求迅速关断开启时，选用球阀。

调节阀：根据调节方式和调节范围选用。不宜作关断阀使用。

疏水阀：水平安装。按疏水量、选用倍率和最大连续排水量选择。

蝶阀：宜用于全开、全关，也可作调节用。

安全阀：根据介质流量和参数选择。水管道采用微启式安全阀；蒸汽管道根据介质种类、排放量大小采用全启式或微启式安全阀。

动力管道何时需要设置旁通阀：

（1）汽轮机自动主汽阀前的电动主闸阀，装设旁通阀；

（2）截止阀：作用在阀座上的力超过50kN时，设旁通阀；

（3）手动闸阀，满足以下条件设旁通阀；

何时需要设置电动或气动驱动装置：

（1）按生产过程的要求，需频繁启闭或远方操作时。

（2）阀门装设在手动难以实现的地方，或必须在两个及以上的地方操作时。

（3）扭转力矩较大，或开关阀门时间较长时。

电动驱动装置：供电系统简单，敷设方便，但用于有爆炸性气体或物料积聚及高温潮湿雨淋的场所时，应选用相应防护等级的电动驱动装置。

气动驱动装置： 动作快、受环境条影响小，但应有可靠的供气系统及气源设施。

动力管道及其附件的布置：

一般规定：管道应结合设备及建筑结构情况布置，管道交叉较多时，宜分层布置。管道与墙、梁、柱及设备之间等净空距离：

不保温管道：管子外壁与墙之间距离不小于200mm，管子外壁与地面距离 不小于350mm，两管外壁之间的距离不小于200mm。

保温管道：保温表面与墙之间距离不小于150mm。保温表面与地面距离不小于300mm。两管保温表面之间距离不小于150mm。

管道保温表面与通道之间距离不小于2m。管道横跨扶梯上空，保温表面至扶梯倾斜面的垂直距离h，不小于表中数值。

附件布置一般规定：

两个成型附件相连接时，宜装设一段直管。DN≥150管道，不小于200mm； DN150管道，不小于150mm。

管道的最小疏放水坡度：

管道的最小疏放水坡度按下列要求确定：

蒸汽管道：温度＜430℃，0.002；温度≥430℃，0.004；

水管道：0.002；疏水、排污管道：0.003；

各类母管：0.001～0.002。

动力管道的补偿：应充分利用管道本身柔性来补偿管道的热膨胀。自补偿不能满足要求时，须增设补偿器。主蒸汽、再热蒸汽、汽轮机抽汽、辅助蒸汽、高温轴封供汽及高压给水管道应按照《汽水管道应力计算技术规定》进行电子计算机计算。

动力管道的冷紧要求：设计温度在430℃及以上的管道宜进行冷紧，冷紧比（即冷紧值与全补偿值之比）不宜小于0.7；其他管道，需减小工作状态下对设备的推力和力矩时，也可冷紧。

管道支吊架设计：

一般规定：管道支吊架应根据管道系统的总体布置综合确定。支吊系统合理承受管道的动荷载、静荷载和偶然荷载，合理约束管道位移，防止管道振动。在各种工况下，管道应力均在允许范围内。满足管道所连设备对接口推力(力矩)的限制要求。确定支吊架间距时，应满足管道强度、刚度、防振动的要求。

支吊架型式：

固定支架：用于管道上不允许有任何方向的线位移和角位移的支承点。

滑动支架或刚性吊架：用于不允许有垂直位移的支吊点。

滚动支架：用于不允许有垂直位移且需减小支架摩擦力的支撑点。

弹簧支吊架：用于有垂直位移的支吊点。

导向装置：用于需引导管道某方向位移而限制其他方向位移的地方。

管道疏放水、放气系统：

一般规定：简单可靠，布置合理，便于维修扩建。疏水管道应按运行压力相近者分组，分别接入不同压力的疏水箱。放水、放气漏斗的布置，应保证不危及设备和人身的安全，操作时能看见工质的流动情况。

下列地点应设置经常疏水、启动疏水、放水、放气装置。

经常疏水：经常处于热备用状态的设备进汽管段的低位点，蒸汽不经常流通的管道死端，且是管道的低位点，饱和蒸汽管道和蒸汽伴热管道的适当地点。

启动疏水：分段暖管的管段末端，水平管道上每隔100～150m处。装设经常疏水装置处，同时应装设启动疏水和放水装置。所有可能积水而又需要及时疏出的低位点。

放水装置：设在管道可能积水的低位点。

放气装置：水管道的最高位点，水压试验的蒸汽管道最高位点。

PN≥4.0MPa：管道疏放水、放气装置应串联装设两个截止阀；

PN≤2.5MPa：管道疏放水，放气装置宜装设一个截止阀。

PN≥6.3MPa：管道经常疏水宜装设节流装置或疏水阀，节流装置后的阀门用节流阀；

蒸汽压力很低时，可采用U型水封装置。

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