淺析中美標(biāo)準(zhǔn)在電廠水工設(shè)計(jì)中的不同

曲愷珩，杜虹曄

(中國電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，吉林 長春 130021)

隨著中國電力建設(shè)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，越來越多的電力工程承包商開始進(jìn)入國際電力建設(shè)市場。國外業(yè)主在標(biāo)書中通常選擇美國、英國標(biāo)準(zhǔn)或ISO等國際標(biāo)準(zhǔn)作為設(shè)計(jì)依據(jù)。此外，各國的歷史背景、宗教信仰及經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都各有不同，為了適應(yīng)市場的需求，通過了解中國標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)的不同點(diǎn)，進(jìn)而完善項(xiàng)目設(shè)計(jì)，就成了一項(xiàng)有意義的研究課題。

1 工程實(shí)例

美國作為世界上最具影響力的發(fā)達(dá)國家，其電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也被很多其他國家和地區(qū)所采用。下面以巴基斯坦某聯(lián)合循環(huán)電站項(xiàng)目為例來淺析中美標(biāo)準(zhǔn)在水工工藝設(shè)計(jì)中的差異。

1.1 專業(yè)設(shè)計(jì)范圍

巴基斯坦某聯(lián)合循環(huán)電站新建兩臺GE209H型燃機(jī)，兩臺余熱鍋爐及一臺汽輪機(jī)。

水工工藝專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：直流供水系統(tǒng)、循環(huán)供水系統(tǒng)、輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)、補(bǔ)給水系統(tǒng)、工業(yè)水系統(tǒng)、集水滲坑等各系統(tǒng)構(gòu)筑物、泵站、管、溝的設(shè)計(jì)。

本工程配置兩套冷卻水系統(tǒng)，2月—10月期間采用河水直流供水系統(tǒng)，冷卻水來自電廠附近灌溉內(nèi)河，經(jīng)過凝汽器及輔機(jī)冷卻后重新排入灌溉渠。12月—1月河道枯水期采用以機(jī)械通風(fēng)冷卻塔為冷卻設(shè)施的二次循環(huán)冷卻系統(tǒng)，補(bǔ)給水水源為地下水。

1.2 設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

本工程設(shè)計(jì)遵循的標(biāo)準(zhǔn)及適用范圍：

ASME 動力管道、法蘭、閥門、壓力容器

ASTM 管道及設(shè)備材料

AWWA 水工管道系統(tǒng)(大管徑)

HI 水泵布置及流道設(shè)計(jì)

2 冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本工程最為主要特殊性是配置兩套冷卻水系統(tǒng)：當(dāng)電廠運(yùn)行直流冷卻系統(tǒng)時，主水源為臨近的灌溉渠，當(dāng)?shù)毓喔葘僖?guī)定渠道每年需關(guān)閉2個月進(jìn)行清淤維護(hù)，為保證渠道枯水期電廠的正常運(yùn)行，故同時

配置了二次循環(huán)冷卻系統(tǒng)。由于兩系統(tǒng)供水揚(yáng)程差異較大，故設(shè)置兩套泵組，建設(shè)了兩個冷卻水泵站。業(yè)主要求兩個系統(tǒng)之間可以實(shí)現(xiàn)在線切換功能，使得系統(tǒng)復(fù)雜，連接節(jié)點(diǎn)多、切換多。

依標(biāo)書要求，其泵組、冷卻塔都需設(shè)有相應(yīng)備用設(shè)備。

但由于本身已為兩套系統(tǒng)，再留有備用，進(jìn)而導(dǎo)致規(guī)模量增大。每套系統(tǒng)配置3×50%主冷卻水泵，3臺50%輔機(jī)冷卻水泵及相應(yīng)除污設(shè)施，造成投資增大。

鑒于冷卻塔群數(shù)量龐大，且機(jī)械通風(fēng)冷卻塔故障率較高，業(yè)主希望每格冷卻塔應(yīng)具有獨(dú)立檢修功能，故每格冷卻塔水池均獨(dú)立出水，并設(shè)閘門井相互隔離。

從系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可以看出，美國標(biāo)準(zhǔn)為了提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性而盡量對設(shè)備采用備用。而中國標(biāo)準(zhǔn)基于大量的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對主冷卻水系統(tǒng)及某些輔助系統(tǒng)不強(qiáng)制要求設(shè)置備用，在一定程度上降低了投資，同時可縮短工期。

3 水泵及流道設(shè)計(jì)

本工程水泵流道設(shè)計(jì)基于美標(biāo)規(guī)范ANSI HI 9.8，見圖1。

圖1 矩形進(jìn)水構(gòu)筑物布置

美標(biāo)規(guī)定水泵進(jìn)水流道底坡應(yīng)小于10°，國標(biāo)此項(xiàng)規(guī)定放寬到15°。

水泵及流道設(shè)計(jì)有如下注意事項(xiàng)：

(1)在初步確定流道尺寸后，還需與水泵廠進(jìn)行溝通，進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

(2)部分制造商要求水泵出口提供傳力接頭，消除振動及應(yīng)力。

(3)建議水泵設(shè)置lock device即防倒轉(zhuǎn)裝置。

多數(shù)執(zhí)行美標(biāo)等高規(guī)格設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的國外項(xiàng)目都會要求對取排水系統(tǒng)進(jìn)行大量的數(shù)模、物模試驗(yàn)，對于水泵及流道的物模試驗(yàn)要兼顧到各種不利工況。

4 管道設(shè)計(jì)

美國標(biāo)準(zhǔn)中，不同材質(zhì)、不同用途的壓力管道都有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。由于水工工藝管道口徑變化范圍較大，考慮使用如下不同規(guī)范：

冷卻水管： AWWA M11 800 mm以上

其他小管徑管道：ASME B31.3 800 mm以下

美標(biāo)管道壁厚采用AWWA M11進(jìn)行計(jì)算，需要先進(jìn)行撓度及剛度計(jì)算初步確定管道壁厚，使用水錘壓力進(jìn)行核算，以確定最終壁厚。當(dāng)管道內(nèi)外均采用防腐措施時，無需考慮腐蝕余量。

管道系統(tǒng)需進(jìn)行瞬變流分析計(jì)算以確定系統(tǒng)水錘壓力。

管道的內(nèi)外防腐方式可以有多種選擇，具體如下：

外防腐：環(huán)氧/冷纏帶/聚酯

內(nèi)防腐：環(huán)氧/水泥砂漿/聚酯

當(dāng)土壤腐蝕強(qiáng)度較大時需考慮設(shè)置陰極保護(hù)，具體可采用外加電流或犧牲陽極的方式。

管道設(shè)計(jì)有如下注意事項(xiàng)：

(1)尺寸單位存在公英制轉(zhuǎn)換問題。

(2)美標(biāo)材質(zhì)替換問題。

(3)設(shè)備與管道接口法蘭標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)一致。

5 環(huán)境、生態(tài)保護(hù)

近年來，環(huán)境、生態(tài)保護(hù)問題逐漸被社會所重視。這就要求電站設(shè)計(jì)人員在完成機(jī)組設(shè)計(jì)工作的同時，也要遵循世界環(huán)境衛(wèi)生組織或當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

在進(jìn)行直流冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間，相應(yīng)開展溫排水?dāng)?shù)值模擬研究。研究可劃分為兩階段：第一，針對不利水文條件、電廠取排水量，開展多種排水型式的排口近區(qū)射流軸線溫排水稀釋特性的對比研究，結(jié)合世界環(huán)境衛(wèi)生組織標(biāo)準(zhǔn)以及工程設(shè)計(jì)等方面要求，初步確定排水方案。第二，在不利水文、機(jī)組運(yùn)行條件下，對初步確定的排水方案開展溫排水輸移擴(kuò)散數(shù)值模擬，提出最終推薦排水方案及其溫升影響范圍及取水溫升特征值，保證冷卻水排水滿足100 m范圍內(nèi)水溫升高不得高于3℃的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

另本項(xiàng)目各廢水及二次循環(huán)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行期間的循環(huán)水排污水均不外排，在廠內(nèi)設(shè)置了大型滲坑，以蒸發(fā)、滲透的方式消納。

6 結(jié)語

隨著國家“一帶一路”倡議的提出，中國電力企業(yè)將更加踴躍地投身國際電力市場。熟練使用國際規(guī)范將是設(shè)計(jì)單位的迫切需求。本文依托國外某聯(lián)合循環(huán)電站工程，對中美兩國設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，可為未來海外電站設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn):

[1] DL/T5339—2006，火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范[S].