摘要：火力发电厂项目投资大，建设周期长，如何降低投资、缩短建设周期、提高机组安全运行稳定性是各集团公司关注的问题。火力发电厂中主给水管道是指锅炉给水泵出口至锅炉省煤器进口的给水管道。通过对主给水管道选择及布置形式进行分析和研究，可以降低工程造价、缩短建设周期和提高机组安全运行稳定性，具有重要的研究意义和实际意义。本文分析了火力发电厂主给水管道优化设计相关内容。
关键词：火力发电厂；主给水管道；优化设计
主给水管道是火力发电厂热力系统中的重要组成部分。主给水管道的布置方式与材料选择的安全性不仅直接影响锅炉的安全运行，对整个热力发电系统的安全运转都至关重要。管道布置方式及材料的机械特性、高温特性也会直接影响电厂机组投资的经济性及运行的可靠性。
一、多目标模型
建立给水管网优化设计的数学模型时，应综合考虑给水管网的可靠性、经济性。传统的单目标优化模型并没有考虑管网的可靠性，而仅仅将节点压力和管段流速等约束作为模型的约束条件，因此建模思想比较片面，根据该模型的建模思想最终得到的结果为满足相关约束的可行解域内最经济的方案，而不是同时考虑经济性、可靠性的优化解。同时，传统单目标优化模型的目标函数在处理管段投资年折算费用时没有考虑资金的时间价值，而是采用静态折算方法进行计算，这势必会影响优化计算的结果。随着科学技术的进步，越来越多的研究者尝试把多种影响因素添加到优化模型的目标函数中，到目前为止，通常采用管网总费用年折算值最小和管网可靠度作为目标，进行优化设计。给水管网优化设计是指在管网拓扑结构、总供水量、控制点所需的最小服务水头、各节点需求水量及自由水压、标准管径系列规格、管材和管长等已确定的条件下，充分考虑管网水量水压的可靠性及建设运行的经济性。通过选取管网系统剩余水头Ｉｓ最小、年折算费用最小和能量损失系数Ｉｒ最小作为目标函数，比较完整、客观地表达管网优化问题，并且采用动态模型进行管网投资年折算费用的计算，将回收成本的时间价值考虑在内，通过对各管段的管径采用整数编码，经遗传算法优化后，得到多组优化的管径组合。所建立的多目标函数模型如下： ，式中Ｉｓ—管网系统剩余水头，各节点富余水头的加权平均值，ｍ；Ｉｒ—能量损失系数，管网中在满足管网用水量和最小水压要求时可以用来在管网中消耗的最大能量的比值；Ｈｉ—节点ｉ的自由水头，ｍ；Ｈｍｉｎ—节点所要求的最小自由水头，ｍ；Ｑｐ—泵站的供水量，Ｌ／ｓ；由于用单目标设计方法计算出的管网干管管径偏小，导致水头损失偏大，故在管网发生故障时管网可靠性低，综合比较单目标模型与多目标模型求解结果发现多目标函数方案费用投资少，可靠性高。
二、火力发电厂主给水管道优化设计
1.设计特点。本工程3台高加同时从系统中退出运行，此时机组仍能带额定负荷，大旁路较小旁路可减少阀门数量，节省投资，同时经实际运行，安全可靠性较高。本工程采用无除氧间大汽机房、内煤仓布置方案，汽动给水泵主给水泵及前置泵安装于汽机房内13.7m 标高运行层，汽动给水泵出口关断阀和止回阀均靠近汽泵布置于运行层，因厂家供货阀门较长故此处布置较为紧凑. 电动给水泵安装于汽机房0m 层，电动给水泵为两机公用，故电泵给水管道布置较长，联络两台机组，电泵给水管道关断阀及止回阀均布置于中间层。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆2 号高加布置于汽机房6.9m 标高中间层，13号高加及外置蒸汽冷却器均布置于13.7m 标高运行层， 给水操作平台布置于锅炉构架内，此管道布置缩短了管道长度，降低管道耗费。
2.管道设计参数及管道规格。根据《电厂动力管道设计规范》，调速给水泵出口管道，从给水泵出口至第一个关断阀的管道，设计压力应取用泵在额定转速特性曲线最高点对应的压力与进水侧压力之和；从泵出口第一个关断阀至锅炉省煤器进口区段，应取用泵在额定转速及设计流量下泵提升压力的1.1 倍与泵进水侧压力之和。管道设计温度应取用高压加热器后高压给水的最高工作温度， 故汽泵关断阀后至3 号高加之间管道设计温度为197.1℃，3号高加至2 号高加给水管道设计温度为222.8℃，2 号高加至1 号高加给水管道设计温度为260.5℃，1号高加至省煤器进口管道设计温度为291.3℃。具体操作方式为：由设计院提出高压管件的技术要求和外形尺寸，高压管件的设计由国外供货商负责。技术要求主要包括下列各项：高外形尺寸；高压管件的设计压力和设计温度；高压管件材质；设计制造标准；与高压管件相连管道的规格；焊接坡口型式及标准。
3.管道应力分析。采用PDMS 三维软件设计，在优化主厂房容积时，避免了各项管道碰撞，更直观的显示出各设备布置，管道走向等。本工程两台机，每台机组配置1 台容量汽动给水泵，电泵为两机公用，高压给水管道采用进行应力计算，因电泵给水管道为两机联络，在两台机组中间设置固定点，针对两台机分别进行应力分析。本工程在汽泵出口附近设置限位装置，使推力和力矩满足厂家要求，同时减少振动。锅炉侧给水操作平台，阀门组附近设置有限位装置，避免阀门因管道膨胀而振动，连锅炉省煤器进口，接口力和力矩也均满足厂家要求。3 号高加至2 号高加给水管道及2 号高加至1 号高加给水管道均为满足高加厂家力和力矩要求在管道合适的地方设置有水平限位装置， 同时防止管道振动。
4.限位支架应用。限位支吊架包括刚性吊架、滑动支架、导向支架和固定支架等，都对管系的自由度有一定的约束。从以前的设计情况来看，选用的支吊架除了固定支架外只能够用作来限制水平管的角位移和相位移，对于直管只能是轴向位移和角位移。高压给水由于其自身特点的限制一般来说水平管道都比较长，而且管端的受力值得限制都比较严格，又加上管系的分支和种类很多，综合以上几个方面应力值超标的可能性就比较大，所以说只依靠上面提到的几种限位支吊形往往是不能满足设计要求的，特别是对于限制水平管道轴向位移的支吊形式来说，这种结构形式对高压水管道的设计会更加重要。管道共有97 个支吊架，因电动给水泵为两机公用，电泵给水管道联络起两台机，故整个给水管道支吊架个数较多，通过的应力分析确定各支吊架形式，保证给水管道的稳定性，且满足各厂家给接口推力和推力矩要求。由于高压给水管道压力很高，管材、管件都由专门厂家生产，并委托配管厂进行统一工厂化加工。所有支吊架管部均采用管夹式，立管上的支吊架管部卡块也在配管厂里预焊，经焊后热处理才出厂。这对保证高压给水管道的强度也是一个强有力的保证。
在发电厂管道设计中安全也是非常重要的一方面，因为项目施工在高压发电厂内，工作环境比较危险。所以说在施工之前要制定相关的安全管理条例，管理施工人员在非工作时间内不到处乱跑，严格执行安全施工条例，避免触电等危险事故发生，保障工程顺利进行下去。
参考文献：
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[3]朱良华．基于整数编码遗传算法的给水排水管网优化设计：［学位论文］．合肥：合肥工业大学，2015
论文作者:王博
论文发表刊物:《基层建设》2016年第34期
论文发表时间:2017/3/21
标签：管道论文; 管网论文; 高压论文; 吊架论文; 水头论文; 目标论文; 模型论文; 《基层建设》2016年第34期论文;