火力发电厂热控仪表取样管保温的设计及应用

火力发电厂热控仪表取样管保温的设计及应用

程小欢 刘万万

华润电力焦作有限公司 河南省焦作市 454400

摘要：华润电力焦作有限公司处于北方地区，锅炉为露天布置，冬季环境温度最低可低至-15℃，锅炉侧的热控仪表取样管内汽水介质会结冰，导致仪表无法测量，仪表输出的数据为错误数据，严重威胁机组的安全运行，特别是给水流量等重要的测点，测点上冻后，有可能引起锅炉MFT。本文介绍了热控仪表取样管保温的设计及应用，从理论上计算保温层的厚度，精准指导仪表取样管保温工作。

关键词：仪表取样管；伴热带；保温层厚度

1 仪表取样管结冰特性分析

目前华润电力焦作有限公司仪表取样管的防冻措施主要是保温加电伴热，伴热带沿着仪表取样管敷设，外面再包一层保温棉和防护铁皮。但是，在冬季部分仪表取样管仍有上冻的现象，为了解决仪表取样管上冻问题，只能在原仪表保温基础上增加一层保温棉，并且将伴热带设定温度调高。对处在高空和风口上的仪表取样管临时增加塑料布进行保温。但实际上，这些补救措施都临时采取的措施，不是解决问题的根本方法。

通过现场对几处取样管上冻的分析，发现有几个地方容易出现上冻，一是，从主管道出来的一次门处，重点是一次门保温不好，而阀门的散热也很大。二是，在仪表管的支撑处，支撑处一般用角铁支撑，角铁与取样管用管卡直接固定在一起，而保温在此处比较薄弱，散热量较大。三是，在仪表管进入保温柜处，由于取样管保温层与保温柜贴合不是很紧密，冷空气会通过缝隙进入。四是，在仪表取样管的拐弯处和处于高空冷风直吹的地方，保温工艺差，散热量大。以上几处是仪表管容易上冻的地方，这也是今后保温治理重点关注的几个地方。下图1为保温伴热系统安装示意图。

图1保温伴热系统安装示意图

2 仪表取样管保温设计

仪表取样管保温工作有两方面工作，一个是伴热带敷设，另一个保温层敷设。只靠伴热带加热或只用保温棉进行保温都无法达到取样管安全运行的要求，因此，仪表取样管的保温工作既包括伴热带的设计又包括保温层的设计，只有通过伴热加保温方式才能保证取样管内温度满足不上冻的要求。

2.1伴热带的选用

根据火力发电厂工艺流程特点，仪表取样管内介质可按高温、中温、低温3种工况考虑。 高温介质（温度>200 ℃）主要包括过热蒸汽、再热蒸汽、省煤器进口给水及过热器减温水等； 中温介质（65~200 ℃）主要包括凝结水等；低温介质（最高温度为65 ℃） 为常温水。根据不同介质温度范围，不同仪表取样管可采用不同的伴热电缆，既能满足保温要求， 也可降低工程造价。 高温介质的测量取样管路宜采用带恒定功率的电伴热电缆； 中温、 低温介质的测量取样管路宜采用自限温电伴热电缆。

华润电力焦作有限公司现仪表取样管保温用的伴热带分为两种，一种为自限温伴热电缆，温度为10℃时输出功率为25W/m；一种为不锈钢预制伴热电缆，设定温度为10℃时输出功率为25W/m。对于仪表正常运行时，取样管内介质为常温水，只有取样管在排污时，取样管内介质才会跟主管道内介质有同样的温度，因此在选用伴热带时，为保证全时段伴热带可用，我们基本选用不锈钢预制伴热电缆。

2.2保温层厚度计算

对于取样管保温层的厚度，一般认为是保温层越厚越好，但是，在保证仪表取样管不上冻的前提下，没有一个量化的保温层厚度，不能很好的指导仪表取样管保温工作，下面从传热系统角度通过计算得到精确的保温层厚度数据，以便指导实际工作。

由于管道保温传热是一个复杂的传热系统，我们现在简化管道保温传热系统，根据保温传热公式：

其中：d₁—取样管直径，m；

d₂—取样管保温后直径，m；

λ—保温层导热系数，W/(m·k)；

Ф/l—单位管道热损失，W/m；

t₁—取样管内温度，℃；

t₂—环境温度，℃；

设取样管直径为16mm，冬季最低环境温度为-15℃，保温层导热系数取0.156 W/(m· k)，若保证取样管不结冰，设t₁为10℃。伴热带输出功率25 W/m，安装方式为双向，实际上考虑到伴热带的加热效率，假设伴热带加热效率为0.8，为了保证伴热带的加热量不能完全散去，取单位管道允许热损失为伴热带放热量的50%。通过计算得到：

得到：

d₂=0.016*3.4=50.04mm

保温层厚度为： δ=（d₂- d₁）/2=19.52mm

但是在实际工程施工中，由于保温效果受保温层的包裹紧实程度，有无冷风直接吹等因素影响，保温层及伴热带的敷设不能严格按照标准执行，因此，厚度按照增加30%来作为计算裕度，可以计算出保温层厚度为25.38mm。

当仪表取样管路保温层厚度一定时，为了提高保温效果，应选用导热系数小的保温材料。

3 仪表取样管保温安装特点

3.1伴热带的安装方式

需要注意的是伴热带在与仪表取样管一起保温时，伴热带最高耐热温度必须大于该取样管排污冲管时管道壁温，否则，伴热带应与取样管之间用硅酸铝纤维织品等绝热材料隔离，以防止仪表管冲洗时烫伤伴热带。

对于差压式流量、差压式液位测量方式的伴热带敷设，若伴热带紧贴仪表管敷设，一是伴热带过热会引起取样管内水汽化，二是有可能导致高低压侧的取样管内水温不一样，密度就会不一样，最终会导致高低压侧取样管内静压差不一样，这样就会对测量结果有影响。为防止伴热带过热引起取样管内水汽化或温度不同导致密度不同引起的测量误差，伴热带在敷设时，首先应在仪表取样管外包一层保温，其次在保温层外敷设伴热带，最后再包一层正式保温层。对于自限温伴热带，为保证单位管道所需加热功率达到要求，可以采用螺旋缠绕方式敷设。

伴热带的敷设应从主管道取样处，一直敷设到仪表处，对于铠装预制式采用双向敷设，自限温伴热带可以单向敷设，但是在一次门、排污门等散热量大的阀门处增加伴热带长度，以保证阀门保温所需热量。

3.2保温层的安装方式

保温层的施工质量好坏直接影响保温的效果，在做保温时，保温层应紧贴仪表取样管，当保温层与仪表管中间有空隙时，会增加传热。两个保温层对接时，两个保温层应紧贴，中间不应留有空隙，若无法保证两个保温层对接紧贴时，应在对接处增加一层整体保温层，将对接后出现的缝隙覆盖住，保证交叉100mm，这样保证保温的连续性。保温在固定是应使用双股铁丝或钢带捆扎，各铁丝或钢带间距不大于300mm。

对于仪表取样管用角铁支撑处，可以在仪表管与角铁之间增加保温垫片，减少仪表管与角铁之间的热传导，并且，在保温时应将角铁全部包裹在保温棉内。

对于仪表取样管进入保温箱处，一种方式是应保证保温棉与保温箱贴紧实，并将外层保温铁皮与保温箱采取可靠方式固定在一起。另一种方式是将仪表管进入保温箱处的孔洞扩大，保温棉进入保温箱内部，保证保温棉从外到内的连续性，并且将孔洞用保温棉填充紧实。

对于在仪表取样管的拐弯处应用整块保温棉进行包裹，接口留在两侧的直管段上，拐弯处进行出现接口。对于处于高空冷风直吹的地方，一是可以增加保温棉的厚度，二是可以采用密封性好的塑料布在保温棉包裹一层。特别是一次门等散热量大的地方，在做好保温棉覆盖的同时，可以用阀门罩壳将阀门整体包裹在罩壳内。

4 结束语

火力发电厂热工仪表取样管防寒防冻是一项重要的工作，做好仪表取样管保温及伴热的工作，是保证热工测点正常运行的基础，以往根据经验对仪表取样管进行保温敷设，保温层只是一个大概厚度。本文通过精确的公式计算得到取样管在不同温度下所需要的保温层厚度的关系，为火力发电厂热工仪表保温提供理论上的支持，在保证经济的情况下又满足热工仪表取样管的防冻要求。

参 考 文 献

[1] 赵永刚.火电厂热工仪表取样管电伴热系统的设计与应用[J].内蒙古电力技术,2014（32）

[2]《火力发电厂热力设备及管道保温防腐施工技术规范》DL5714-2014

[3]《绝热用硅酸铝棉及其制品》GB/T 16400-2015