基于水冷却系统现场管路连接的设计应用*

张潆月，戈志鹏，段小辉，王小飞

(常州博瑞电力自动化设备有限公司，江苏 常州 213025)

0 引 言

在电力系统工程中，由于目前的趋势均向着大容量、高负荷的方向发展，因此冷却方式也由原来的风冷却向着水冷却方向发展。由于水冷却系统不是单一设备，而是由多个设备连接而成的整套系统，势必带来水冷管路的现场连接工作。对于水冷却系统工程，现场管路连接问题成为了一个影响工程进度的较为突出的问题。经过对笔者所在公司2020年工程现场管路连接问题进行了统计分析，共发生了15起现场水冷管路连接问题。对其原因分析后发现造成管路连接问题的主要原因包括：设计院图纸接口问题，土建制造偏差问题等原因，虽然原因不同，但带来的结果都是现场水冷管路不能顺利对接，导致设备不能按期调试、投运。同时需要把问题管路寄回公司，按现场测量尺寸进行整改，带来巨大的整改费用与时间上的损失。

从现场处理的情况来看，由于水冷管路密封要求高，管路制作工艺包括氩弧焊接，惰性气体保护，酸洗，抛光，现场实现管路修改的可能性很小，因此需要由公司按照现场测绘的尺寸重新生成管路与支撑等物料。进而造成周期长、成本高的问题。

针对现场管路连接问题,笔者提出以下优化方案：外围管路设计标准化，把常规I型、L型管路进行系列化设计供工程选择，尽量减少工程定制化管路。优化水冷管路设计，将外围管路允许的最大偏差值提高至200 mm。优化管路支撑设计，最终达到解决现场由于土建偏差导致的管路连接问题的目标[1-3]。

1 解决方案

1.1 外围管路标准化设计

对外围管路进行标准化设计，对工程中常用的I型和L型管路按照常用规格分为五个等级，在工程中尽量使用标准化管路，减少定制化管路。在工程现场出现管路连接问题时，可以首选标准化管路进行对接，节省备料和生产时间。

1.2 优化管路调节软管

由于现有管路中金属软管的安装补偿能力较小，且部分软管在工程中出现了漏水的现象。通过系列化调研，开发了一种广泛应用于石油化工、医疗卫生及能源建筑领域的管路系统补偿元件，内部是可弯曲程度极高的PTFE软管[4]，外部包裹一层金属编织网的金属网套，如图1所示。其具有优秀的耐腐蚀性，同时可满足工作温度范围在-196～250 ℃范围内[5]，并且已满足公司的压力试验及老化试验测试。

经过设计优化并且按照现场正确的安装顺序，将管路的补偿调节量留到空冷器处，在空冷器接口处的I型管路设计中增加新型软管的长度，可将外围管路最大偏移量提高至200 mm，如图2所示。

水冷系统外围管路设计时，考虑使用新型软管在管路连接存在问题时进行调节连接，设计方法如下。

空冷器侧主水管的水平方向放置一根1 200 mm长度新型软管，同时留有200 mm裕量，正常连接时处于弯曲状态(约有260 mm的径向弯曲)[6]，如图2所示。

当只用一根软管进行各个方向200 mm偏差调节时，假设需要Xmm长管路，如图3所示。

图1 新型软管1.翻边活动法兰 2.PTFE内衬波纹管 3.不锈钢翻边接头 4.金属编织网套

图2 工程现场管路连接方案 图3 软管需求长度示意图

由于两侧法兰长度为90 mm，根据理论计算可知：

2πR+A+B+90=X

X-90-200-200-4R=A+B

X-90-200-200-4R≥0

联立可得：R=175，X≥1190

考虑裕量并长度取整，将软管总长度定为1 200 mm。图4(a)～(d)分别为如果现场需求长度缩短200 mm、长度加长200 mm、高度增高200 mm、高度降低200 mm时的状态。

图4 现场管路连接状态

1.3 优化外围管路支撑设计

土建偏差通过新型软管可以解决管路连接问题，但原管路支撑同样存在不能有效连接的问题。经过反复研究开发了一种无级调节支撑，在土建存在偏差时可在一定范围内进行调节。该支撑由固定压板、螺钉组件、支撑座、支撑架、立柱、抱箍垫块组成[7]。支撑架可以根据现场土建偏差进行无级调节[8]，还可以根据现场高度现场制作立柱，可调节范围非常广，图5为原设计支撑和无级可调支撑示意图。

图5 原设计支撑和无级可调支撑

采用无级可调管路支撑结构，在管路高度方向可进行上下无级调节，在管路高度方向上可以调节至少300 mm的距离偏差，同时还可根据现场的需求进行现场制作生产，可根据现场实际情况实现无级调节高度，使得支撑与管路紧密配合，最大程度的发挥支撑的作用，避免空隙固定导致的管道应力，并可消除现场误差，保证冷却系统的稳定运行。

2 结 论

应对工程现场土建偏差的问题，可以通过外围管路设计标准化、采用新型软管和无级可调支撑三种方式并用的方法来解决现场土建偏差问题。

(1)常用的I型和L型管路按照常用规格分为五个等级，解决现场管路连接问题时首选标准化管路进行对接，节省备料和生产时间。

(2)在空冷器接口处的I型管路设计中增加新型软管，长度为1 200 mm，可调节现场水平方向、高度方向200 mm的偏差。

(3)采用无级可调管路支撑结构，在管路高度方向可进行上下无级调节，在管路高度方向上可以调节至少300 mm的距离偏差，同时还可根据现场的需求进行现场制作生产。

通过这三种方案的结合使用可有效应对现场管路连接和支撑连接问题，避免现场管路返厂进行修改的问题，节省了运输的费用，材料更改的费用，同时有效缩短了工程现场的工期。经过广东能源惠州工程、广东粤电织篢农场工程、黑龙江团结风电场等多个工程现场的实际应用，均可解决现场土建偏差带来的管路和支撑连接问题，为整个项目节省了大量的运输和技改费用，同时也节省了宝贵的安装时间，保证了工程顺利投运。