关键词：电厂 厂外 补给水管道 设计
1 管材、管径与壁厚的选择
1.1管材：《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中10.1.5.3：输送淡水的补给水管宜采用钢管、钢塑复合管、球墨铸铁管等。
《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中10.4.3：压力钢管的钢材宜采用Q235 钢，经综合技术经济比较合理时，也可采用Q345钢。手工焊接Q235钢宜采用E43系列焊条。
1.2管径：
1.2.1水量：《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中4.3.4条文说明：耗水指标是指夏季纯凝工况、频率为10%的日平均气象条件、机组铭牌出力时的单位装机容量的耗水量。
1.2.2根数：《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中7.2.7：补给水管的条数应根据发电厂的规划容量和水源情况设置，不宜少于2条。当有备用水源或适当容量的蓄水池，并有可靠的论证时，也可设置1条补给水管。蓄水池的容积应根据检修条件及检修时长等因素确定。
工程实例1：广东云浮电厂C厂蓄水池容量为略大于30000m3， C厂补给水量1276m3/h，跟AB厂共用一根原有的DN1000补给水管，蓄水池可保证近24小时的水量提供。
《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中7.2.7：当每条补给水管能保证供给补给水量的60%时，补给水管之间可不设联络管。
1.2.3流速：《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中10.1.6.1：对于压力管，当管径小于1000mm时，宜采用1.0m/s~1.5m/s；当管径为1000mm~1600mm时，宜采用1.5m/s~2.0 m/s；当管径大于1600mm时，宜采用2.0m/s~3.0 m/s。
《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中8.3.1：自流管和虹吸管管内流速宜采用1.0 m/s~2.0 m/s，不应小于0.7 m/s。
1.3壁厚：
《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中10.4.11.1：应考虑钢管长期运行的腐蚀和制造上的允许误差，采用的管壁结构厚度应比计算厚度大，Q235钢应比计算厚度大2mm，Q345钢应比计算厚度大1mm；用Q235钢制作的钢管管壁最小结构厚度δ应满足本规范附录D的要求。
《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中10.1.21：阀门及附件的选择应与管道的试验压力相适应。
《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中10.4.17条文说明中：除循环水管道以外，其他钢管的水压试验值仍要按《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268的要求确定。
《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中10.2.4：管径小于或等于2.0m的清水输配水管道的水力坡降可按海澄-威廉公式计算。这是很大的一个改变。海澄-威廉系数Ch的取值在条文说明中表16有详细的规定。
对于高扬程、起伏大的管道，管道承受的压力应考虑采用防水锤措施后，管道所承受的最大压力。这对于管道壁厚的选择很重要。
工程实例1：开远电厂厂外补给水管道，水泵的工作压力为247m，特殊操作时可能承受不低于3.63MPa的压力，该段管路设计时至少按能承受不低于3.7 MPa的压力考虑，包括管路上相应的阀门，因此，按4.0MPa设计的。
2管道布置
2.1管道布置的一般原则：
2.1.1管道在布置时，水平方向应尽量平顺，垂直方向尽量减少起伏。达到减少弯头数量及管材消耗，同时减少管道阻力的目的。管线的水平转弯角度应尽量控制在60°以内，以减少局部管阻损失和管道对支墩的推力（尤其是镇墩）。
2.1.2管道安装时，尽量采用直埋入地下铺设，非道路、非冻土部分管道顶覆土厚度应在0.6 ~1.0m之间。
2.1.3管道布置时还应尽可能使管道纵剖面平顺地上升而不形成驼峰凸部或膝部状升高点，或管道采用先缓后陡的形式，使管道的走向尽量处在水泵压力线（高位水池静压力线）以内，以减少或尽量消除管道发生水锤破坏的可能。
2.2《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中10.1.1有关于管道路线选择的规定。
《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中10.1.7：管线宜沿道路布置，地下管线宜敷设在道路行车部分以外。当布置受到限制时，局部地段可敷设在道路的行车部分内。但宜具备尽量不开挖路面进行检修的条件。
工程实例1：云浮电厂C厂补给水管线约19Km基本沿道路敷设，开远电厂施工用水约5Km基本沿道路敷设，九潮风电场取水管线约1.1Km，一大半沿进场道路敷设。当管径≥700mm时，可在道路外设置检修人孔。当管径＜700mm时，可在道路下部分加装套管。
3敷设方式
3.1埋地敷设：《地下压力输水钢管设计手册》中，一般管顶覆土高度0.6-0.7m。有冻土的，当有的管道内运行时不冻结（比如水温比较高，或输汽管），或者在冬季管道停运时能保证管道中的水迅速排出的情况外，其它的需要埋地，且埋在冻土以下。
《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中10.1.7：管中心线宜低于土壤的最大冰冻深度线。10.1.9管穿越道路时，管顶面与道路面的距离不宜小于1.0m；穿越铁路时，管顶面与轨底的距离不应小于1.2m，并宜设有防护措施（比如管外增加一个套管）。
工程实例1：巡检司电厂厂外补给水管道有一段是穿越运煤铁路，铁路下有涵洞，就顺着涵洞穿过。
如果铁路已建好，没有涵洞，可以采用门型架从铁路上空穿过。《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中10.4.4：架空钢管支座间的距离应根据管材的强度和允许挠度经计算确定，允许挠度可采用支座间距的1/250，强度和挠度计算可按现行行业标准《自承式给水钢管跨越结构设计规程》CECS214的规定进行。
穿越河流时，按照《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中10.1.10的规定执行。广东云浮电厂C厂厂外补给水管道进厂前穿越河流时做了走桥上和走河底两个方案，最后采用走河底。说明中埋河底部分管道以混凝土包裹很关键。阳宗海电厂一期二期工程采用直流循环的供水方式，取水管埋在阳宗海湖底，阳宗海是静水，水的扰动不大，取水管是做了混凝土镇墩的，但运行下来，管道变形非常严重，镇墩都拔起，管道拉裂，后经两次整改，水下施工难度很大，要有专业设施或者装备。
《地下钢管施工说明》的章节安排及内容是按照《地下压力输水管道设计手册》附录十一的工程示例编写。
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，按照《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268中4.3-4.5的规定。
3.2地上敷设：
云南境内很多灌溉用引水管道均采用地上敷设。
地上敷设优点是：施工、维护方便，缺点是：管道安装布置需考虑阳光、环境温度变化对管道的影响，同时还有管道附件设施被人为破坏的可能。
工程实例1：恩洪电厂取水渠附近有一根很大的灌溉用引水管道，开远电厂施工用水管道也是采用地面敷设。
《给水排水设计手册》第三册中2.5.4：1）当管道坡度达15°~25°以上时，管道下面应设挡墩支承，防止因管道下滑拉坏接口（这条也适用于埋地管道）。2）管道在转弯处，设固定支墩，固定支墩设置的间距一般可采用60~70m，最大不超过100m。3）直线管段隔8~12m需设一滑动支墩。4）明设管道由于受温度影响较大，故需设置伸缩器。伸缩器的两端必须设置滑动支座，伸缩器的耐压应与管道工作压力相一致，并应满足管道试验压力要求。
《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中10.4.18：明敷钢管的镇墩和支墩宜采用混凝土结构，混凝土强度等级不宜低于C20。在寒冷地区，墩底应深埋在冻土线以下。
《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中10.4.19：寒冷地区的明敷钢管应有防止钢管、通气管和伸缩节等设备结冰的可靠措施。运行时管内流速不得小于结冰流速。停机时管道应放空。
4水锤计算及消除措施
4.1判断水锤严重程度：
可按照《给水排水多功能水泵控制阀应用技术规程》CECS132:2002中3.0.1判断。
4.2水锤消除措施
《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中10.7.4：输水管道系统可采用下列水锤防护措施：注水或空气稳压；阀门调节，泄水降压；增大机组（泵）转动惯量。
工程实例1：云浮电厂C厂补给水管线长约19Km，虽然比较长，但起伏很小，取水口至厂区高差约47m，该工程取水有四台泵，三用一备，可供电厂ABC三厂总装机容量(2x125MW+2x135MW+2x300MW)的总用水量3086m3/h。取水泵的扬程采用98m，泵后管道安装蓄能罐液控止回蝶阀及水锤消除器。
开远电厂施工用水管道采用了调压室。
开远电厂一期2×300MW机组补给水量为1624.5 m3/h，厂外补给水管道为两
条，按规划容量4×300MW机组一次建成，每条长约5.6m。升压泵房吸水池至厂区配水井水位高差为193.77m，管线途中最高点为1239.00m。见下图：
由于输水系统管线长，地形起伏变化多，管线最大几何高差约200m，沿途需要跨越若干个局部高地，水锤问题比较突出，因此需要做水锤计算研究。于是委托四川大学水电学院承担了开远电厂2×300MW工程补给水系统水锤研究任务。对补给水系统采用物理模型试验和数学模型计算相结合的手段进行了水锤试验和计算研究。
研究结论：若不采取防水锤工程措施，管路中的F4号点、E6号点、17号点和D5号点将可能产生较大的负压，特别是后3个特征点即E6号点、17号点和D5号点是管路水锤破坏的危险部位，尤其以17号点为最。水泵出口缓闭阀失灵将引起水泵机组较大的反转转速，最大倒转转速接近0.96倍额定转速。
建议：
（1）补给水管路中从F4点到4号点之间的局部高点部位加装双向排气补气阀，并在17号点附近设置调压塔或水池，调压塔或水池高程拟选择在1240~1245m以上，以消除水泵断电后补给水系统内的水锤破坏潜在因素。
（2）补给水系统水泵出口缓闭阀采用先快后慢的两段关闭规律，关闭总时间不应小于40秒。建议总关闭时间50秒，第一段快关时间5秒，关闭阀门总开度的70%~80%，其余时间关闭阀门剩余开度，采用两段关闭规律后，水泵反转转速约为额定转速的0.78倍。
（3）补给水系统靠近水泵处管路正常操作时将承受2.63 MPa的压力，特殊操作时可能承受不低于3.63MPa的压力。建议该段管路设计时至少按能承受不低于3.7 MPa的压力考虑。
（4）补给水系统管路中严格避免设置能引起瞬时关闭的逆止阀。
综合《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中8.4.27：升压水泵出口管上应根据具体情况采取消除水锤的措施。10.1.2.2：应保证在各种设计工况下，运行中的输水管道系统任何部位不发生弥合水锤。限制负压的排气阀应选用注气微排阀。在管道起伏高点应设置排气阀门，并应依据水锤分析计算结果设置必要的水锤防护设施。
开远电厂补给水系统防水锤措施有：升压泵后安装水泵控制阀，升压水泵房外补给水母管旁路上加装压力波动预止阀，各起伏高点均设置防水锤型空气阀，在点17后设置一个约950m3的圆形水池。关于高位水池：《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中7.2.11：当高位水池起调压作用时，其调节容积应能满足水锤防护措施的需要。开远电厂水锤研究结论：根据地形图和山顶上的具体情况，建议600~800m3最好。
从山顶圆形水池到厂区配水井高差约8.5m，长度约2.6km，采用自流。
5排气
管道在输水的过程中，由于距离和高差的变化，原来溶解在水中的空气因为压力的变化会从水中析出聚集在管道的局部高点或者管道走向发生变化的位置，如果不排除，空气所形成的气囊会占据管道空间减少管道有效过流断面，增加管道阻力影响输水效率。
火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中10.1.2.2：在管道起伏高点应设置排气阀门，
《给水排水多功能水泵控制阀应用技术规程》CECS132中5.0.8详述排气阀安装位置。
6排水
《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339中7.2.8：在管道底点宜设置放空阀门。
如果管道是埋地敷设的，管底排水阀宜安装在阀门井内。
如果管道是明敷，直接在管底安装排水管及排水阀。
论文作者:里葆玲,,王桦
论文发表刊物:《科学与技术》2019年14期
论文发表时间:2019/12/5
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