浅谈严寒地区余热发电系统的保温防冻措施

孙政军，徐 宁，黄国平，朱方青

（南京凯盛开能环保能源有限公司，南京 210036）

我国北方严寒地区的水泥厂及铁合金厂的余热发电系统中，包含有很多的热力设备和热力管道。如何减少热量损失，预防设备和管道冻结，将直接影响发电系统的安全运行，对企业的经济效益及运转效率有着非常大的关系。

南京凯盛开能环保能源有限公司总承包了较多北方严寒地区的余热发电项目，现以内蒙古的项目为案例，简介防冻保温措施：该项目建设有2套汽轮发电机组系统，及6台余热锅炉，管网系统庞大。因地处内蒙古地区，冬季非常寒冷，年平均气温4.5℃，极端最低气温-34.4℃，保温及防冻设计是该项目的设计方案的重点之一，其采用了蒸汽伴热和电伴热相结合的方案。

根据设计规范要求，具有下列情况之一的设备、管道及其附件必须按不同要求予以保温。

（1）介质温度高于50℃且需要减少散热损失。

（2）要求防冻、防凝露者或延迟介质凝结的部位。

（3）工艺生产中不需要保温的、其外表面温度超过60℃，而又无法采取其它措施防止烫伤人员的部位。

①管道距地面或平台的高度小于2 100mm。

②靠操作平台水平距离小于750mm。

（4）室外常温水箱在长江以南不用保温，长江以北进行保温。

室外布置的余热锅炉本体及室外汽水管线和辅助设备，其设备、管道及附件不仅要有常规的保温措施，还必须按不同要求进行防冻方案设计。本项目的防冻保温措施，如室外给水管道采用蒸汽伴热，室外蒸汽管道有阀门操作地方和疏放水点尽量就近布置在原生产车间或保温间内，管道测点等仪表采用电伴热，管道尽量采用水平补偿等等。

1 保温防冻措施

1.1 保温房设计

（1）炉顶汽包间。采用密闭保温小室，将锅炉汽包上的液位、压力等仪表置于炉顶小室内。为进一步防范各传感器导管及其仪表冻坏，在仪表导管上设置内层岩棉或者硅酸铝毡、中层电伴热带、外层设岩棉和铁皮护板。

（2）零米保温房。保温房地面至一米高范围采用砖墙砌筑，避免大风沙造成损坏，影响保温防冻效果；墙体的上部采用加厚的岩棉夹心板。检查各处漏风，加以封堵，其中，锅炉灰斗在保温房内的部分裸露放热，但应特别注意灰斗与保温房顶面接近处用岩棉封堵。

1.2 管道保温措施

防冻措施原则：首先，确保热源，如蒸汽或电伴热。若无热源时，想尽一切办法确保设计的疏水系统能排尽，遇到无法排尽的地方，考虑烘干钨灯、取暖器等设备。

（1）锅炉本体管道疏水、排污管道。

①锅炉疏水一次门分散开布置方式。锅炉本体疏水系统疏水一次门至疏水开口点的直管段尽量靠近锅炉炉墙，且尽量短（5～10cm左右），管道布置在炉墙保温层内接到疏水母管，该管道垂直布置在锅炉钢架边。二次门和疏水母管整体保温，做成保温箱，利用排污管道的散热整体采暖，以免阀门和管道冻裂。冬季运行时，疏水二次门全开，利用一次门调节。②锅炉疏水、排污在保温房内集中布置阀门，对集中布置的水阀排整体采取进一步的保温和伴热（电伴热或蒸汽伴热）措施。③在疏水阀前支管中没有排在炉墙内的部分采用电伴热。

（2）锅炉给水操作平台及给水阀组。

布置在锅炉平台下面或旁边，设置保温密闭小室，参零米保温房方案。另外，室内可设电加热板，电加热板功率的选择，确保保温小室内气温在零度以上。

（3）汽水管道。

本项目余热锅炉6台，相互之间距离较远，室外管网较长、较复杂。现场布置采用了分区域设置母管方法，并尽量借用了业主的生产线车间用于设置支架和室内疏放水点，设计同时将方案提交给现场进行了确认等。其他要求：

①管道需保证合理的坡度，其疏、放水点要求统一布置在各车间内，并适当加大疏、放水管径。

②低点应设置放水（疏水）阀，并在低位处设置1m左右管段采用法兰连接，疏（放）水阀及管道必须严格保温。疏水点的一次阀尽量靠近主管道（50～100mm）,防止盲肠管道，阀门连同主管道一起保温。二次阀布置在方便操作位置（标高1.00m）。在冰冻天气，锅炉停运期间，锅炉给水、主蒸汽、补汽、疏水等管道均应放水放尽,可采用拆除法兰连接段来进行快速放水，将水放净。给水管道正常放水时，二次门全开，一次门调节开度，一般在一次门处设置操作平台（难以满足时单独给疏水做伴热措施）。气温高的季节，用二次门调节，方便操作。

③根据本项目给水管径及参数，蒸汽伴热管管径选取为DN20。伴管布置要求：a.蒸汽伴管应在管道需要伴热部位的最高点开始引入，至最低点离开。b.被伴热管道上需经常拆卸维修的部位，其蒸汽或热水伴管应装活接头或法兰连接，如控制阀、安全阀、转子流量计等，伴热管道的分支采用三通连接。c.加热空间内不得以保温材料或勾缝用料加以堵塞或填充，以保证加热空间见图1。d.管道伴热时，可将伴管的中点固定在被伴热管道上。也可以将伴管统一考虑，设置一个膨胀环，使其自然补偿见图2。e.每根蒸汽/热水伴管应有其独立的供汽/供水阀和冷凝液疏水阀，不宜与其他伴管合并疏水，通过疏水阀后的不回收疏水宜集中排放。

图1 图形保温结构（单根伴热管）

图2 伴热膨胀弯示意图

（4）对于仪表防冻,采用保温箱+电伴热带的方式。

电伴热系统设计以冬季不发生结冻为原则：

①室外仪表管一般选用自调控伴热带，包括相应的附件。

②当被测介质冲管时最高温度不高于153°C时，保温层1可不用，伴热带直接贴靠导管敷设，保温层2的内径改为16mm；对于管内介质温度超过153℃时，保温层应有两层，内层不小于10mm厚度，外层为30mm厚，伴热带敷设在两层之间，防止管壁温度过高烫坏电伴热带防护层使电伴热带短路见图3。

③保温材料选用成型岩棉管壳，其导热系数小于0.045KCal/m.h.℃；防护层采用0.35mm厚的薄铝皮(或与全厂管路防护用材料一致)。

④变送器设在保温箱内，箱内有电加热器，通过温控开关来控制保温箱内的温度。

图3 单根导管伴热带施工示意图

（5）其他。

①清水箱、除盐水箱严寒地区必须布置在室内，且室内必须采暖，其连接水管尽可能地埋在冻土层以下，在室内钻出地面。

②停炉时，出地面的水管及防冻旁路设排水管，要将水管放空。两种措施如下：

方式1：循环水管道从地下出来接到冷却塔切断蝶阀前，用100mm的岩棉保温，外包镀锌铁皮，并设置防冻疏水阀，确保能把地上管道水排尽见图4。

图4 防冻排水管示意图

方式2：严寒地区循环水进冷却塔管道切断阀门布置于阀门井内，并在给水和回水管道上布置一处低点疏水阀门井。冬季停炉时，确保能把冻土层以上管道水能排至阀门井内的集水坑中，并用潜水泵将水打到排水系统中。

2 结 语

上述内容主要是该项目现场采用的部分简单、实用的防冻措施，其他细节仍需以设计规范为依据，结合各项目现场的实际情况进行优化、调整，从而确定更合理的方案。大家必须重视细节的处理，才能确保热力设备和热力管网的保温防冻安全性；同时，生产运行的管理制度及对防冻的重视程度也是非常重要的一环。