Al—Shemal 4×350MW发电厂天然气管道设计特点

摘要： 本文对Al-Shemal 4×350MW燃油、燃气电厂的特点进行了详细分析，总结了国内外工程天然气管道设计的相关规程规范及设计经验，介绍了天然气管道系统、管道布置等一系列设计要点，对于同类型机组的天然气管道设计具有一定的指导意义。

Abstract： This paper analyze the characteristics of Al-Shemal 4×350MW thermal power plant， combined relevant technical code and design experience of natural gas pipe design in domestic and foreign project. A series of design key points about system and arrangement of natural gas piping was introduced， The reference value for similar type thermal power plant is significant.

关键词： 发电厂；天然气；管道设计

Key words： thermal power plant；natural gas；pipe design

中图分类号：TE973 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）20-0076-02

0 引言

Al-Shemal 4×350MW燃油/气汽轮发电机组工程位于伊拉克国家的北部，本期工程建设4台燃油/气凝汽式汽轮发电机组。机组运行方式为：带基本负荷并具有充分的调峰能力。锅炉采用亚临界压力、自然循环、四角切圆燃烧、箱型布置的汽包锅炉。锅炉能单独燃烧重油、原油、天然气并且能进行任和比例的油、气混烧。天然气是该工程的一种主要燃料，天然气管道输送系统就是将天然气以合适的压力、温度、流量送至锅炉炉膛燃烧。本文重点介绍该工程天然气管道的设计思路。

1 系统描述

天然气管道系统图如图1。

本工程天然气系统分为调压站系统、管道输送系统及锅炉本体燃烧系统。其中调压站系统及锅炉本体燃烧系统均属于设备厂家设计范围，本文着重探讨管道输送系统，即调压站与锅炉房天然气操作台之间的管道设计。

2 天然气管道布置

2.1 材料及规格选择 本工程调压站出口管道工作最低温度16℃，设计温度55℃，设计压力4Mpa，按天然气的流量及管道流速要求估算管径，然后校核压降，选择管道公称通经为DN600，材质选择20号无缝钢管，满足国家标准《输送流体用无缝钢管》GB/T8163-2008。

2.2 管道布置方式

2.2.1 管道敷设方式 厂内天然气管道的敷设方式可根据实际情况选择地下布置的埋地敷设、地上布置的高支架架空敷设或低支架沿地面敷设。具体工程采用敷设方式应根据自然条件，管内介质、管径、运行维护及施工等因素经技术经济比较后确定[1]，应满足《火力发电厂油气管道设计规程》规定。

本工程天然气管道布置具有如下特点：

①管线敷设长，4台机组管道长度共约2300m。

②地质条件复杂，厂址设在底格里斯河边，土壤环境为半沙漠地带，土壤为强腐蚀性等级。

③已规划设置较庞大的厂区综合管架，集中布置厂区燃油、蒸汽、疏水、压缩空气管道等。

④本工程厂地规划空间有限，尤其是两台机组之间。

本工程天然气管道若采用地下布置的埋地敷设，需要考虑以下问题：

a. 地质沉降，即对可能引起管道不均匀沉降的地段应考虑地下地基处理；

b. 埋地管道的防腐处理，本工程厂区土壤为强腐蚀性等级，管道的防腐蚀等级需采用特强级，需要对天然气管道进行除锈、表面喷砂、刷防腐材料等工艺，还需要根据土壤的性质、电阻率、含水量、PH值配合以阴极保护法。以上两点要求管道安装工作量及土建工程量均较大。

c. 埋地天然气管道与土建基础及其他构筑物之间的安全距离。而本工程场地规划空间有限。综合以上几方面因素，为保证天然气管道的安全运行、方便维修并节省投资，本工程天然气管道采用架空敷设布置。将天然气管道布置在厂区综合管架的顶层，距地面净空距离大于8.0m。

2.2.2 天然气管道的补偿 厂址所在地昼夜温差大，由于天然气温度或周围环境温度变化引起管道长度变化及其他原因引起的管道位移，将产生很大的应力，严重者将导致管道的损坏，需考虑管系的补偿。

本工程天然气管道布置时考虑运用自然补偿器补偿管系所产生的位移，即利用管线所具有的自然弯曲布置特点（L型、Z型）做为管道的补偿方式。通过GLIF应力分析软件核算自然补偿管道布置满足补偿要求。

3 天然气管道的安装

本工程天然气管道安装时需满足如下要求：

①管道与其它管道交叉布置时，其垂直净距不应小于0.3m，当小于0.3m时，两管间应设置坚固的绝缘隔离物，管道在交叉点两侧各延伸10m以上的管段，应采用相应的最高绝缘等级[4]。

②管道布置设置坡度：顺天然气流动方向不小于0.003，逆气流方向时，管道坡度不小于0.005[3]，主管道上的低位放水点及高位放气点支路上均设置两道阀门（设计压力4Mpa），为保证正常运行时的密封性，第一个阀门采用球阀，第二个阀门可以采用截止阀，放气管、放水管、放散管两道阀门前支管的压力等级及材质均按与主管相同选用。

4 天然气管道的保温设计

天然气在管道内流动时与外界热交换会引起温降，本文天然气管道不考虑节流影响，通过计算可得出天然气管道上任一点处的温度。公式如下：

Tχ =T0+（TQ- T0）e-αχ

式中：

T0───环境温度，℃；

TQ───计算段起点天然气温度，℃；

χ──计算段任意一点至起点的距离，m；

Tχ──计算段距起点χ处的温度，℃；

α=KπD/MCp

K──天然气到周围介质的总传热系数，W/（m2·℃）；

D───管道外径，m；

M───天然气管质量流量，kg/s；

Cp───天然气的定压比热，J/（kg·℃）。

对于架空布置管道，放热系数K包括对流放热系数和辐射放热系数两部分，对流放热系数还需考虑无风和有风条件。

本工程天然气调压站出口温度最小为16℃，经过计算，在冬季极端气温-10℃时，同时考虑风速影响，长700m的天然气管道温度下降约为10℃，满足锅炉燃烧器入口的天然气温度大于3℃的要求，本工程对管架上布置的天然气管道无需设置保温，仅对管道外壁涂刷长效防大气腐蚀油漆。

5 天然气管道的放散

调压站出口快速切断阀与锅炉燃气操作台关断阀间的管道上需设置放散管，当锅炉燃烧指令命令停止供应燃气时，锅炉房内燃气快速关断阀关闭，同时天然气调压站出口该支路快速关断阀连锁关闭。

此时需打开该段管道上的放散阀门，管道内的天然气经放散管引至放散塔放散。

6 投运前试验及处理

厂内天然气管道投运前需进行强度试验和整体严密性试验，用清水介质进行强度试验，强度试验压力（表压）为设计压力的1.5倍，试验稳压时间不应小于4h。强度试验合格后采用气体作介质进行严密性试验，试验压力为设计压力的1.05倍并稳压24h不泄露为合格。

7 天然气管道的清扫

本工程天然气管道设置清扫管，在锅炉启动前、在管道检修前、在较长时间停炉后，都应对管道进行清扫，本工程天然气管道的清扫介质采用氮气。

8 结论

近年来，我国电力市场已迅速拓展到了伊拉克、伊朗、沙特等国家，燃油、燃气电站工程市场前景大好，本文结合伊拉克Al-Shemal电站工程的具体特点，经过分析比较，总结了该工程天然气管道系统的设计思路，并阐述了安装及投运前的试验条件。对同类燃油、燃气机组天然气管道的设计具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]DL/T5174-2003，燃气-蒸汽联合循环设计规定[S].

[2]DL/T5204-2005，火力发电厂油气管道设计规程[S].

[3]GB50251-2003，输气管道工程设计规范[S].

[4]姜正候 主编.燃气工程技术手册[M].同济大学出版社.