1前言
河南华润电力首阳山有限公司一期工程安装2×600MW超临界燃煤机组，汽轮机型号为：N630-24.2/538/566，超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、双背压、纯凝汽式汽轮机。锅炉为哈尔滨锅炉厂制造的型号为HG-1987/25.4-PM1超临界参数变压运行直流炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。两机为单元制设计，即一台炉对应一台机，投资少，结构简单。
该机组没有供热，而热电联产供热机组的热效率要远高于纯凝机组，是节能改造的重要举措。加之国家政策性的引导，供热对于纯凝发电机组是新的盈利单元模式。随着近年来经济的蓬勃发展，偃师北环工业区出现了较大的供热缺口，政府将偃师北环供热改造项目做为2014年度市级重点项目。开拓供热市场势在必行。
工程设计的供热管道采用Ø426×10的无缝钢管，总长约3730米，其中架空敷设约630米，直埋敷设约3100米。供热管线沿途多为厂区，除协调难度大外，管线与燃气管线反复交错，需穿越道路24处，跨越沟渠、水池13处，且大部分地下设施无图可查，需根据实际开挖情况另行设计。为了在55天的施工工期内完成施工，华润首阳山电厂在改造中充分考虑安全性、经济性，成功的解决了如供热抽汽点选择与系统设计、直埋管道复合保温、施工区域地面及地下环境复杂、施工各道工序交叉作业等诸多方面的难题。
2工业供热抽汽点的选择与系统设计
2.1系统设计论证
1)供热抽汽点的选择
针对国内配套东方汽轮机的大型纯凝火电机组改造工业供热，抽汽口主要选择有：在主汽、再热冷段或热段管道及各级回热抽汽管道上抽汽;或者对进汽调节阀、汽轮机本体汽缸改造抽汽。两种方案基于热用户参数的选择，尽量选择匹配接近的蒸汽抽汽参数;原则是改造对机组变工况运行影响小，安全可靠，改造范围小，费用低。
经对工业区潜在的热用户进行调查，结果如下表：
针对目前热用户工艺参数需求，认为冷段抽汽满足各用户需要，改造投入费用最低。选取机组冷段再热管道做为抽汽点，供热参数设计为1.35～1.58MPa，温度280-310℃，由各用户单位自行建设减压站。
2)通过学习控股建设部编制的《汽轮机邻机加热技术方案》[1]，了解两种改造都要从冷段管道进行抽汽，一个是机组启动时用，一个是常态供热抽汽，抽汽参数相同，论证结论为可以兼容汽源。邻机用汽较供热系统设计的管路能力供汽量小的多，即：系统的设计规格需要根据最大的抽汽能力参数确定，即：单机供热能力。联系哈尔滨锅炉厂设计部门核对，认为在机组正常供热时，考虑供热后，可能会引起再热器超温，冷段最大的抽汽量可以达到50t/h(主机设备不作改动时，机组单台机往外供工业蒸汽的最大抽汽量)。
3)考虑经费及安全问题，最终决定按最大抽汽量50t/h设计，即：抽汽管路中调节阀及抽汽止回阀的流量能力不能超过50t/h，以保障机组的安全运行。
长期运行注意：1、主机调节级压力不能超过厂家给定的限制值19.2MPa，以便机组各级参数不致超限，确保机组安全。2、其他各级监视段也不能超压运行，超压运行意味流量过大，机组级间压力超限，导致隔板应力和板体挠度值偏大而变形，影响机组长周期安全运行。3、监视机组各支持轴承、推力轴承温度和振动不能超限运行。4、轴向位移的变化也要重视。
4)供热母管作为兼顾实现邻机加热，为了便于母管压力的调节，将原“邻机加热技术”设计在高加入口的调节阀改为机组抽汽供热出口进行调节，使得初参数实现本机调节保障供热两机独立控制补给，并邻机启动调节。对于高加入口的蒸汽调节，可以通过电动门的中停功能实现。为了保障系统的有效退运，各设备与主系统的隔离，均采用双道隔离阀操作，以确保有效安全隔离。提高了供热及机组启动时的调节兼容性和机组的安全可靠性。
5)系统的疏水设计，高加疏水需要利用热源输至除氧器;管路的常态暖管疏水尽量输至低等级的加热器利用热源，或采用高品质的DFS倒置浮杯是自动疏水器尽量减少系统漏汽的可能，并确保介质的流失降低。
2.2工业抽汽及邻机加热系统设计
设计思路：供热高压汽源管路利用冷段抽汽母管供给，而邻机加热系统由两级加热器组成，第一级为除氧器，把给水加热至150℃;第二级为#2高加，将经过除氧器加热后的给水进一步加热至180-210℃，以满足锅炉的启动冲洗需要。
在#1、#2机组之间增加抽汽供热母管(即邻机加热联络母管路)，设计参数：P=5.69Mpa(g),T=326℃;管道为20G无缝钢管，通流能力为100t/h，分别从#1、2机组冷再至辅汽联箱的管路上引出一根蒸汽管道至供热母管，管道为20G无缝钢管，单机最大抽汽能力为50t/h的冷段蒸汽(注意监视控制：再热器超温及调节级压力和各监视段压力超限)。为了保证机组的运行安全在引出管道上分别安装带气动执行机构的止回阀、电动闸阀和压力调节阀，在供热母管上设置两个压力、温度测点分别进入#1、#2机DCS，用于调节供热母管压力，通过在供热母管上的调节阀、安全阀、逆止阀、隔离阀、流量计、疏水器等设备，可向外提供工业性供热热源，通过实现机组供热。
由偃师北环工业区各单位用汽不允许被中断，一般情况，宜采用双线供汽的管网型式，每根母管各承担50%-75%的热负荷，当一根管线发生事故时，可通过提高另一根管线的初压来保证用户生产工艺的连续用汽。但考虑到双线管网的投资成本，且经过现场勘察，沿线最小通过距离仅为1.5m，最终确定为单线供汽;为保证供汽的质量和稳定性，在#1、#2机组冷再抽汽管道之间设置联络母管，从联络母管上开口提供工业蒸汽。《华润首阳山热网至北环工业区改造工程可行性研究报告》
工程设计的供热管道采用Ø426×10的无缝钢管，总长约3730米，其中架空敷设约630米，直埋敷设约3100米。供热管线沿途多为厂区，除协调难度大外，管线与燃气管线反复交错，需穿越道路24处，跨越沟渠、水池13处，且大部分地下设施无图可查，需根据实际开挖情况另行设计。为了在55天的施工工期内完成施工，华润首阳山电厂在改造中充分考虑安全性、经济性，成功的解决了如供热抽汽点选择与系统设计、直埋管道复合保温、施工区域地面及地下环境复杂、施工各道工序交叉作业等诸多方面的难题。
设计出的抽汽系统图如下：
3弯制弯管转向方式的使用
直埋管道的拆弯处受力十分复杂，需分别考虑管道内压、埋土压力、热膨胀力、土壤与管道之间的磨擦力等因素，其中内压和埋土压力较小，可以忽略。经过前期对国内供热机组进行调研，大部分供热管道转向方式主要由以下几种。
大量的理论和试验表明，焊制弯管比同直径的弯制弯管具有较高的局部应力，使用寿命短。另一方面，施工区域环境比较复杂，管线与道路及燃气、排水管线反复交错，且多数地下附属物无详细图纸，需根据开挖情况另行设计，如采用定角度弯头的转向型式，在管线施工受阻时将可能造成无法调整的后果，或者加大折弯角度，使焊缝处的局部应力加大而影响管道使用寿命。鉴于施工现场的实际情况，华润首阳山在架空段及直埋段的大角度折弯处100%采用了5D弯制弯管。从效果来看，由于弯管半径大，大大降低了沿程的阻力系数，全线总长约3730米，高程差为20米，而在供汽始端压力为1MPa时，全线压降仅为0.2MPa。主要的优点有：
(1)由于沿程阻力小，使供热的整体经济性得到大幅提高;
(2)转弯半径大，可减少吹管次数和时间，节省吹管时的蒸汽消耗量;同时，在吹管期间可带出更多的管道内部异物，使各蒸汽用户的设备安全性得到提高;
(3)全部采用5D弯制弯管，在施工时可根据实际需求任意调整折弯角度，降低了弯管的定货难度，也规避了在测绘、设计时的误差风险，大大的降低了施工难度和周期。
4直埋管道复合保温的改进
目前无论是采暖还是工业供热管道，近年来"钢套钢"保温结构和内固定形式应用最多，不可否认，钢套钢保温形式有着管道热损失小，节约占地面积等优点，便同时也有着明显的局限性：钢套钢保温结构造价高，比复合保温高出约一倍左右;钢套钢结构在膨胀节处的制作较为复杂;钢套钢保温结构在管道焊接时需进行双层钢管的焊接，加上焊接工艺相对复杂，使整体工作量提高一倍左右;钢套钢保温结构在内部芯管发生泄漏时不易被发现，需大范围的寻找受损部位，华润首阳山供热沿线多为厂区，协调难度大，不利于事故的发现和处理，另一方面，工业区区域地下相对水位线较高，地下水渗透至保温层的可能性较小，故初步将供汽管道保温结构确定为"玻璃钢套钢"形式。大部分厂家生产的玻璃钢套钢结构由内至外依次为：1工作钢管2润滑层3硅酸钙隔热层4反射层5硅酸钙隔热层6聚氨酯保温层7玻璃钢外护层。
但该结构在实际生产中有几个问题：
(1)由于工人制作水平的差异，硅酸钙隔热层之间的间隙较多，对于外层发泡剂(聚氨酯保护层)用量不易估算，间隙内部发泡情况也不易进行控制、检查。
(2)两层硅酸钙隔热层之间为反射层，由于分属于不同的工序，浪费大量的工序转换时间;
(3)外层硅酸钙隔热层在反射层之外，而管道内为高温介质，所起的保温隔热效果有限。
针对以上问题，对直埋段保温结构做如下图的改进，从设备供货周期上看，节省时间约为20天，同时也使外层聚氨酯发泡效果得到有效控制，提升了保温效果：
5管道疏水方式及疏水井的设计
华润首阳山全线共设疏水12处，其中启动疏水8处，常态疏水4处。常态疏水根据实际需求设计为以下型式：
在疏水(阀门)井的制作方面，由于施工工期的限制，摒弃了传统的混凝土结构，采用了全钢板式防水结构，示意图如下：
从图中可以看出，中间的隔板及角钢做成的爬梯使疏水井强度得到提升，同时将疏水井分隔成干湿两个空间，湿室内的疏水和蒸汽不影响干室内阀门的操作。提与传统的疏水井相比，钢板式结构还有以下几个优点：
(1)混凝土疏水井需要等管道完全焊接完成后才能开始施工，而混凝土的凝固还需要较长的时间，而钢板疏水井则可提前预制，避免交叉作业，大大缩短工期;
(2)疏水井的制作占用人工少，周期短，且整体造价基本相当;
(3)对于后期增加新的热用户，在开孔时需对原混凝土结构进行破坏，工序复杂且恢复困难;
(4)混凝土结构密封性能较差，在雨季地下水易渗入疏水井中形成积水，严重时可能会浸没主管道
6系统投运技术
6.1暖管
(1)使管道平缓的进行膨胀，防止突然升高管道温度造成局部应力过大破坏管道，保证每个启动疏水点位置的为过热饱和蒸汽，维持不高于800米/h的加热速率，且结合实际情况调小疏水阀开度，保持小流量干蒸汽，进行下一位置段暖管。
(2)暖管分两个阶段，第一阶段为冷段、供热母管至冷段抽汽供热调节阀前电动门处，先暖冷段供热母管至冷段抽汽调节阀电动门前，用冷段至供热母管调节门调节压力进行第一阶段暖管，开启冷段抽汽供热旁路电动门前疏水进行暖管，压力达0.3MPa停止升压，开启至凝汽器疏水时防止真空下降过快。并利用疏水至地沟的管路将调门后机房内管道疏水排净，暖管至过饱和运行温度。
(3)第二阶段为冷段抽汽供热逆止阀后所有用户供汽管道，开启冷段抽汽供热逆止阀后至地沟疏水门，开启机房外所有启动疏水，通过调节冷段抽汽供热调节阀，通入管道少量预热蒸汽进行升温暖管。
(4)打开管线所有的疏水排汽，将管中的空气排净，沿途无水时逐渐关闭疏水。直止最后一个疏水无水。
(5)在暖管的过程中，重点检查管线支架位移、补偿器的伸缩情况，并做记录。
6.2升压
(1)当管路最后一个疏水无水时，保持此疏水常开，保持一定的通流量，对系统进行升压，升至0.1MPa时对管线进行全面检查，防止管道振动或泄漏，检查正常后继续升压。
(2)当压力管线压力升至0.3MPa时停止升压，保持此压力1小时进行升温稳温。
(3)当压力0.3MPa1小时后，可根据热用户参数要求进行升压，逐渐投入热用户，热用户投运后，关闭管路最后一个疏水。
7总结
华润首阳山通过认真的分析和不懈的探索，成功的解决了偃师北环工业区供热改造施工过程中遇到的诸多难题，在十分有限的时间内完成了土建开挖、管道安装及调试工作，从投运后的各项参数指标上看，本文提到的创新技术均取得很好的效果，对工业园区的可持续发展和投资吸引力产生积极的影响。 来源:清洁高效燃煤发电
