火力发电厂热控仪表取样管路布置优化

王宏伟

(中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司, 山西 太原 030001)

火力发电厂热控仪表取样管路布置优化

王宏伟

(中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司, 山西 太原 030001)

热控仪表管路涉及范围比较广，安装工艺要求比较高，整齐美观的配管工艺可以形成安装工艺的亮点。由于热控仪表管路采用小口金属管，尤其是集中布置管路的走向很关键，在施工过程中通常会碰到交叉作业，因此对热控仪表管路安装的前期策划非常重要。根据现场情况，对集中布置的热控仪表管进行施工二次优化设计，在发电厂建设中选择合适的导管敷设路径、优化敷设方式、对电厂节约投资、降低运行损耗有着实际的意义。本文针对北方寒冷地区电厂热控仪表导管敷设安装中涉及的安装工艺和设计方案提出优化，供其他相关工程参考和借鉴。

仪表管路；安装工艺；前期策划；二次设计；集中布置

0 引言

在电厂的基建期间，热控仪表导管和电缆的敷设是热控施工中的两大重点，仪表导管敷设和安装的合理性和安全性直接影响到后期电缆的敷设量和系统读数的正确性，对电厂的工期和投产发电后的稳定运行起到至关重要的作用。

1 热控仪表取样管路的布置优化

1.1 设计优化原则

近几年，在严寒地区，火力发电厂热控仪表管路设计和施工的质量已严重影响到机组试运及投产后的安全运行，设计方案的不合理造成了表管冻裂、读数不准，以致停炉停机，损失严重。比如采用仪表大集中布置方案的电厂，即将锅炉系统的全部压力、差压变送器和开关分区域集中布置于带有暖气的变送器小间的方案，由于过分追求变送器、开关布置的集中和美观，形成各个位置和方向的测点都集中到一起，造成取样管路过长，短则数十米，长则上百米，有的甚至达到170多米。由于管路偏长，造成测量准确性大大降低，尤其是微负压的测点基本失去了准确性，同时由于管路过长增加了仪表伴热电缆和蒸汽伴热管路的数量，运行十分不经济。

针对工程所处环境和气象情况，坚持规程规范的原则，坚持最短路线的原则，坚持检修维护方便的原则，在严寒地区，锅炉采用半封闭形式的电厂提出在测点附近设置保温(护)柜的方案，即位置相近的三到五点测点的变送器或开关放置于一面保温(护)柜中，仪表保温(护)柜、仪表架均靠近取样点分片布置。其它辅助系统保温(护)柜均靠近受控设备布置。此种布置方式减少了取样管路的敷设长度，以最短的路径敷设，减少了测量参数的时滞，提高测量仪器的灵敏度。对于全封闭形式的锅炉，不考虑设置保温柜，但由于锅炉为大型设备，考虑到防高空坠物和碰摔，可设保护箱。

1.2 施工流程说明

1.3 变送器、压力开关、差压开关的配管

锅炉房汽水系统、烟风系统变送器、压力开关、差压开关等均布置在仪表保温(护)柜内。汽机房其他区域和中间层及以上变送器、压力开关、差压开关均布置在就地仪表架上。安装后变送器距地面高1.2m，成排安装时，差压变送器间距300mm，压力变送器间距200mm。差压变送器距底座边的距离为200mm，压力变送器距底座边的距离为100mm。

锅炉汽水系统、靠近汽机房0米大门区域的汽水系统、及辅助车间室外汽水参数测量仪表等需要伴热的脉冲管路应采用电伴热。露天布置的仪控设备应装设防雨保温装置。

1、炉侧的变送器、开关布置在保温(护)柜内，保温(护)柜按照设计示意图和操作维护方便、布置整齐合理的原则进行二次设计，分别就近布置在锅炉房各层平台上。平台走栏边的变送器柜要装于平台栏杆外边。

(1) 锅炉顶部设置3到5个保温(护)柜，其内部分别布置过热器、再热器以及过热器、再热器一、二级减温水压力、吹灰压力等仪表。

(2) 锅炉分离器附近平台设置2到3个保温(护)柜，其内部分别布置分离器储水罐液位、分离器出压力及疏水压力等仪表。

(3) 锅炉主给水平台设置2个保温(护)柜，其内部分别布置主给水流量、锅炉给水旁路调节阀前后压力等仪表。

(4) 锅炉运转层平台左右和后部各设置1个保温(护)柜，其内部分别布置位于运转层平台附近的测点。

2、多台、多型号变送器、开关成排安装时，若管路方向相同，一般按照对称布置或同类型相邻布置的原则安装；若管路方向不同，先把管路方向相同的变送器相邻布置，再按照对称布置或同类型相邻布置的原则安装。

(1) 锅炉房0米可以按照系统，区域将相邻测点或管路方向相同的仪表成排布置。如烟风系统等

(2) 根据已投运机组的实际运行经验，由于大部分机组煤仓间位于汽机房与锅炉房之间，采取全封闭形式，以降低煤粉对环境的污染。其冬季内部温度已经满足管路介质正常运行参数，所以建议此处可不设置保温(护)柜，除氧煤仓间运转层平台可按照给煤机台数成排布置与给煤机台数相同排的仪表。如图1所示。

(3) 汽机房中间层可以按照系统，区域将相邻测点或管路方向相同的仪表成排布置，如给水泵、开闭式水系统仪表成排布置，凝结水系统仪表成排布置、发电机氢油水系统成排布置、真空泵系统成排布置等。

(4) 汽机房中间层平台可以按照系统大排布置，如主蒸汽压力、再热器压力，调节级压力成排布置，抽气压力仪表成排布置，给水系统仪表成排布置、油系统、加热系统仪表成排布置。如图2所示：

3、成排布置变送器管路在底座上方要做成扇形状，扇形的大小、高度依据底座的变送器数量、底座的宽度确定。如图2所示。

4、机侧变送器除中间层平台可大集中，其余规划采用大分散、小集中的原则。其他零星的变送器、开关就近布置在取源测点附近。例如排汽装置真空测量仪表、润滑油压力测量仪表可集中布置于装置侧面。如图3所示。

5、各辅助生产车间如循环水泵房、锅炉化学补给水车间、综合水泵房等压力、流量仪表采取大分散、小集中的原则，室内就近布置，室外装入防雨保温箱，保温箱在流量井处布置，导管沿工艺管道敷设。

图1 煤仓间变送器布置Fig. 1 The arrangement of pressure transmitters in coal bunker

图2 汽机房中间层平台变送器Fig. 2 The pressure transmitters on intermediate layer of the turbine room

图3 润滑油变送器布置Fig. 3 The arrangement of the lubricating oil pressure transmitters

1.4 仪表取样管路敷设方案

目前，国内设计图纸热工仪表皆没有详细的敷设定位图，都需要施工单位根据现场实际情况分系统，化区域的进行二次设计。管路敷设前根据设备布置图及热控PID图设计脉冲管路敷设图。施工时严格按照仪表管路的排列图、断面图施工。在设计走向时要和机务专业进行图纸会审，不仅要避开机务设备、管道、人孔、吊装孔等，同时尽量和机务专业的小径管一同考虑，以保证现场小径管的协调一致。仪表管路连接着取源部件和就地仪表，其走向必须依据取源部位和就地仪表的安装位置所决定，尽量以最短的路径敷设，减少测量参数的时滞，提高测量仪器的灵敏度。

1.5 管路敷设技术要求

管路敷设应尽量集中敷设，整齐美观，减少交叉和拐弯。

管路的选择应按照行业标准DL/T 5182-2004的要求进行，特别注意腐蚀性介质，如盐酸、硫酸取样管路的选择。仪表导管的通径和壁厚需满足工艺系统的压力和温度条件及仪表过程接口要求。

1、油管路离开热管道保温层的距离大于150mm，并应有隔热措施，严禁平行布置在热表面的上部。管路与电缆平行敷设时，距离应大于200mm。

2、管路沿水平敷设时应有一定的坡度，差压管路应大于1:12，其它管路应大于1:100，管路倾斜方向应能保证排除气体或凝结水，否则应在管路的最高点或最低点装设排气或排水阀门。真空系统管路向上的坡度尽量要大。如图4所示。

3、水位测量等差压管路不能靠近设备热表面，其正负压管的环境温度应保持一致，以防止产生测量误差。

4、测量气体的导管应从取压装置处先向上引出，向上高度不宜小于600mm ，其连接接头的孔径不应小于导管内径。对于蒸汽管路，为使管内有足够的冷凝水，管路不可太短。

5、金属管子的弯制宜采用冷弯。高压管路的弯曲半径应大于其外径的5倍，其他金属管的弯曲半径宜大于其外径的3.5倍，对于塑料管，应大于其外径的4.5倍。管子弯曲后应无裂缝、凹坑、弯曲断面的椭圆度不大于10%。

6、管路敷设长度的要求：压力管路敷设允许的最大长度为150m；微压，真空管路敷设允许的最大长度为100m；水位、流量管路敷设允许的最大长度为50m。

图4 仪表管路坡度Fig. 4 The slope of the instrument piping

图5 保温箱内部布置图Fig. 5 The internal layout of the heat insulation box

1.6 盘内配管

盘内变送器、开关布置原则：在柜内布置空间允许情况下，变送器、开关应布置成一排；一般情况下，差压变送器布置在下层，压力变送器布置在上层(如图5所示)；柜内变送器需分两层安装且上下两层数量不等时，下层多装，上层少装，同时布置匀称有致。

1.7 阀门安装

取样一次阀门应装在靠近取样点；仪表取样二次门应装于变送器的正下方，仪表架上，平衡门装在两个二次门中间上方。排污门装于门架中心高度，烟风系统中，由于存在振动和膨胀，设置膨胀节较多，故此处仪表管路可采用金属软管连接，阀门管接头对管子应是非咬合式密封以确保无泄漏，仪表阀门的管接头承压能力应是系统的极限压力。

仪表管成排敷设，管间距离要保持均匀，间距为仪表管外径尺寸。仪表管路在敷设时，应采用可拆卸的管卡固定，水平敷设固定支架间距为1～1.5m，垂直敷设时，间距为1.5～2m，在不允许焊接设备上固定时，采用“U”型管或包箍固定。如图8所示：

仪表管路按二次设计的位置敷设，应整齐、美观、并减少交叉和拐弯，如需交叉则应布置在隐蔽处。同一排管接头必须根据现场情况以统一图案布置，要求统一采用一字形或V字形图案，如图9所示。仪表管路敷设完毕后，应及时同主管道或设备一起进行严密性试验，彻底根除跑、冒、滴、漏、堵塞等现象。烟风仪表管路需要单独进行风压试验。气源母管及控制气源支管应采用不锈钢管，接至仪表设备处各支管可采用紫铜管或不锈钢管。支管从母管取源应丛上半部引出，母管最低处应加排水阀。

在严寒地区，对于锅炉采用半封闭形式的电厂，仪表管路需进行伴热。全厂需要伴热区域的仪表管路原则上采取汽水系统管路阀门装在固定于变送器柜正面的二次门架上；排污槽装在排污门下方，排污管伸入排污槽内。排污水要排到雨水管、废水沟等地方。如图6所示：

图6 变送器排污门及排污槽Fig. 6 the blowdown valve and sewage tank of pressure transmitters

图7 穿越墙面和地面时安装的保护罩Fig. 7 The protective cover when the instrument piping through the wall and the ground

1.8 管路敷设

敷设时水平段的仪表管先安装管卡，但不要固定得太牢，使管路能够转动焊接。垂直段仪表管要在敷设同时进行焊接，防止仪表管下滑。管路在穿过墙和地面平台时，要加装保护管或保护框，管路尽量集中敷设。如图7所示。

图8 固定管路的“U”型管和支架Fig. 8 The “U” type pipeline and bracket used to fix the instrument piping

图9 一字型和V字型管接头Fig. 9 The pipeline joint of linear type and “V” type

高温、高压和氢、油系统的仪表管路采用承插方式，氩弧焊接，普通仪表管路可用卡套连接，在电伴热，敷设方式可依据电伴热说明书的要求施工，可以根据仪表成排敷设的管路走向成“一”字形或“之”字形布置，如图10所示。出于安全考虑，锅炉燃油平台相关仪表导管伴热建议采用蒸汽伴热，伴热蒸汽压力宜为0.3Mpa到0.5Mpa，管路采用单回路供汽和回水，不应串联连接，集液处加装排液装置，管路连接采用焊接方式。伴热管路的敷设原则：单根或两根仪表管可将伴热管路设在仪表管路的旁边或中间，成排的伴热管路成“一”字形或“之”字形布置。差压管路的伴热，确保正、负压侧管受热相同。对于锅炉采取全封闭形式的电厂不考虑防冻措施。

图10 电伴热带敷设Fig. 10 The electric heating band laying

2 结论

火力发电厂热控仪表取样管路的布置和安装直接影响到系统的安全和稳定运行，由于取样导管布置和安装的不合理、不规范而造成仪表读数的不正确，从而致使非迫性停炉停机的事故数不胜数，给业主造成了很大的损失。同时，不合理的敷设方式也会造成材料的浪费和人工费得增长，使工期延长，十分不经济。所以，在设计初期就要对其进行详细的优化来避免运行事故和人员材料的浪费。热控设计人员应以系统的稳定性和安全性为基础，降低运行损耗为核心，来确定导管的路径和敷设方式，在此基础上考虑美观和节约成本的可行性，严格按照规程规范和施工工艺的要求，使电厂能够更为安全、经济和稳定的运行。

[1] DL 5190.4-2012. 电力建设施工技术规范第4部分: 热工仪表及控制装置.

DL 5190.4-2012. Technical specification for thermal power erection and construction--Part 4: instrumentation and control.

[2] 叶江祺. 热工测量和控制仪表的安装[J]. 中国电力出版社, 2006.

YE jiangqi.The I&C measurement and control instrument installation[J].Chinese power press, 2006

[3] 张新闻. 热工安装因素对测量回路误差的影响[J]. 电力建设, 2010.

ZHANG xinwen.Impact of Thermal Installation Factors on Measurement Loop Errors[J]. ELECTRIC POWER CONSTRUCTION, 2010.

[4] DL/T 5182-2004. 火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定.

DL/T 5182-2004.Technical rule for designing of local equipment installation,pipeline and cables of I&C in power plant.

[5] DL/T 5210.4-2009. 电力建设施工质量验收及评价规程 第4部分: 热工仪表及控制装置.

DL/T 5210.4-2009. Code for construction quality acceptance and evaluation of electric power construct Part 4: instrumentation and control.

[6] GB 50131-2007. 自动化仪表工程施工质量验收规范.

GB 50131-2007. Code for constructional quality acceptance of automation engineering.

[7] 王朝阳, 李海滨, 韦广梅. NS-WL2 型拉压力传感器的机理建模研究[J]. 新型工业化, 2014, 4 (6): 72-76.

WANG Zhaoyang, LI Haibin, WEI Guangmei.A Research of NS-WL2 Pressure Sensor's Mechanism Modeling[J]. The Journal of New Industrialization, 2014, 4 (6): 72-76.

[8] 张峰, 陈光武. 基于FlexRay 总线的网络传感器节点的设计[J]. 新型工业化, 2013, 3 (12): 69-76.

ZHANG Feng, CHEN Guangwu.Design of Senor Node Network Based on FlexRay Bus[J].The Journal of New Industrialization, 2013, 3 (12): 69-76.

Optimization Design on I&C Instrument Sampling Conduit Arrangement of the Thermal Power Plant

WANG Hongwei
(Shanxi Electric Power Exploration & Design Institute, Taiyuan 030001, China)

I&C instrument pipeline involves a relatively wide range of fields, and the requirements of its installation process are relatively high. Furthermore, its neat and beautiful piping configure process is the highlight of the installation process. The metal tubule is used in I&C instrument pipeline. Plus, the concentrated arrangement of the pipeline's direction is very important. And cross operation frequently appear during construction. Therefore, the early planning was very important before pipeline installation. According to the situation in spot, the further optimization design of the central arrangement I&C instrument pipeline which is in the construction process is of practical significance to the selection of suitable laying path in the construction of power plants, the optimization of laying mode, the reduction of the investment in power plants and the lowering of operation loss in the power plant construction. The paper proposes the optimization design on the fitted I&C instrument pipeline's installation technology and design schemes in the freezing Northern China and power plant, providing references for similar projects.

instrument pipeline; installation process; early planning; second optimization design; centralized disposal

10.3969/j.issn.2095-6649.2015.02.10

国家工程项目(发改委发改办能源[2007]2469号)。

王宏伟(1985-), 男, 山西太原, 本科, 工程师, 研究方向: 火力发电厂热控专业设计。

王宏伟．火力发电厂热控仪表取样管路布置优化[J]．新型工业化，2015，5(2)：54-59