灰场管道自动喷洒系统的工艺设计及管道选型

中国能源建设集团陕西省电力设计院 何梦叶

贮灰场自然环境较为恶劣，扬尘危害深远而顽固，粉煤灰与细砂非常接近，其保水性能极差，表面水分很易蒸发及下渗，而春、冬季少雨雪，气候极为干燥，大风和沙尘暴天气出现的频次较多，且粉煤灰比重轻于沙土，遇有大风，极易起尘，影响周边生态环境。外加各地环保要求及执行力度日益增强，而电厂的堆灰不同程度地存在不规范的情况，致使灰场堆灰存在很多环保方面的问题。火力发电厂灰场管道自动喷洒系统主要目的在于提供一种火力发电厂贮灰场全自动降尘方法，以解决现有技术中的火力发电厂贮灰场降尘方法的高人工成本问题。由于贮灰场的堆灰高度是随时间而增加的，其最高堆灰高度可达近 20米，而常规的直埋管道覆土一般为 2~3米，这无疑对自动喷洒管道的管材的选取提出了新的问题。

1灰场概况

1.1工程概况

灰场位于横山县波罗镇东北约12.0km、白界乡马扎梁村西南约3.0km处的毛乌素沙漠上，距榆林市区西南直线距离约25.0km，距横山县城约50公里。灰场按干式贮灰场设计，采用分期分块建设。二期灰场在初期征地范围内，紧邻初期灰场西侧建设，除初期灰场一侧外，在其他方向沿征地边界修筑二期灰场初期围堤，其轴线长度合计约1.43km，总占地面积约30.53公顷。

1.2 一期灰场喷洒系统现状

灰场管理站内设有一座300m³的废水池，与厂外现有一座约1000m³废水池联通，作为一期灰场喷淋水的水源，水池补水由业主负责；灰场管理站现有一座喷洒水泵房，泵房内设2台立式自吸泵，水泵额定流量120m³/h，扬程78m。目前一期灰场喷洒水系统运行正常。

一期灰场喷洒母管DN100,出泵房后沿管理站围墙架空敷设，约45米；然后沿地面支墩敷设，约350米，至一期灰场内埋地敷设。一期灰场自动喷洒管道系统采用供水环网固定，支管随堆灰高度延伸的方式。一期灰场共设有16支喷枪，每只喷枪射程为41～55m，工作压力为0.5～0.7MPa,流量为50m³/h。由于一期灰场灰面高程已快到达封场闭库高程，需新建二期灰场。二期灰场投入使用时一期灰场将封场闭库。

1.3二期灰场喷洒系统要求

二期灰场喷洒系统需保证对正在进行堆灰作业的区域进行喷洒降尘。灰场内短期无堆灰作业的区域采用土工织物苫盖抑尘。结合一期灰场的喷洒降尘方式，二期灰场喷洒降尘采用管道自动喷洒系统+罐式洒水车的组合形式。降尘喷洒用水量按3d～4d喷洒一次，每次喷洒水量7mm～8mm。

2 二期灰场喷洒系统方案设计

2.1设计依据及规范

（1）《大中型火力发电厂设计规范》 GB50660-2011；

（2）《火力发电厂水工设计技术规范》 DL/T5339-2018；

（3）《火力发电厂干式贮灰场设计规程》 DL/T 5488-2014；

（4）《内衬不锈钢复合钢管》（CJ/T192-2017）；

（5）《工业金属管道设计规范》（GB50316-2010）；

2.2水文气象条件

榆横地区受蒙古高压和大陆低压槽的控制，呈现强烈的大陆性气候。冬季寒冷时间长，达五个半月；夏季干燥炎热，时间短，仅三个月。霜冻时间长，气温年较差、日较差大，夏季太阳辐射强，加之地面植被少，容易发生对流气团，地形雨及热雷雨经常出现，并常降落冰雹，冬、春全为蒙古高压所控制，多西北风，最大风力九级；夏季蒙古高压北移，受太平洋气团影响，东南风有所加强，往往是春、夏干旱，秋季暴雨成灾。

二期灰场场址距榆林气象站相对较近，且二者之间地形地貌比较一致，故场址采用榆林气象站资料。

2.2.1基本气象要素

榆林气象站位于榆林市城关肤施路“郊外”，北纬38°14′、东经109°42′，观测场海拔高度1057.5m，1951年开始设站观测。根据气象站多年观测资料统计，求得累年基本气象要素值如表1和表2。

表1 榆林气象站累年基本气象要素统计值表

表2 榆林气象站累年逐月气象要素统计值表

2.2.2水土腐蚀性评价

拟建场地可不考虑地下水对建筑材料的腐蚀性。地基土对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋及钢结构均具微腐蚀性。

2.3 喷洒型式的选择

2.3.1喷洒设施

二期灰场喷洒系统水源及供水泵仍采用灰场管理站现有设施。

二期灰场自动喷洒管道系统采用供水环网固定，支管随堆灰高度延伸的方式。供水母管沿灰场区域边缘布置成环，环上每隔一段设置供水支管，支管上端安装喷枪，用于灰场周边区域喷洒；支管间隔预留快速接头,快速接头距离初始灰面1.5米，随着灰面增高每隔1.5米增设。预留快速接头用于接驳罐式洒水车或卷盘式喷洒机，用于灰场内部区域喷洒作业。

2.3.2喷洒工艺系统设计

二期灰场共设有18支喷枪，间距约80米，每只喷枪射程为45～50m，工作压力为0.4～0.65MPa,流量为50m³/h。喷枪能够水平0°～360°（可调）匀速转动，喷嘴采用金属喷嘴强度高、耐磨损，使用寿命长。喷枪下安装电磁阀、蝶阀，可就地及远程启停。喷枪与电磁阀之间安装自动泄水阀,当电磁阀关闭时管路压力低于一定压力时，该阀可自动排泄喷枪内的水，避免上冻和腐蚀喷头，以免对设备造成危害。喷洒系统控制电缆和动力电缆敷设应穿入耐腐蚀的保护套管。

在新建蒸发池附近修建一座阀门井，二期供水主管以一定坡度坡向该新建蒸发池，二期供水主管上接出带有一定坡度的泄水管通过阀门井中的电磁阀开启放空喷洒管网内的水，放空水排至蒸发池中，以防止冷季冻管。外露的泄水管及管道外做100mm厚岩棉绝热并采用镀锌铁皮保护。泵房处放空管利用原有放空管路：由水泵出水母管上经电动阀连接后引接一根带有一定坡度的管道排至废水水池，该部分管路现场已做有保温措施。

2.3.3二期灰场喷洒给水管道

为满足二期喷洒系统喷枪的工作压力，减少因管网延伸引起的压力损失，拟将由管理站泵房至二期灰场的外露供水母管由原有DN100更换为DN150钢衬塑复合管。DN150的供水母管采用架空及地面支墩敷设至一期灰场后，一路接至原有一期自动喷洒供水管网，另一路沿地面支墩敷设接至二期供水环网。二期供水环网采用DN150钢衬不锈钢管道，环网管长约1600米。根据喷洒水质，钢衬不锈钢管道内衬不锈钢管材选用022Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢2205材质。

综合管理站喷洒泵房高程约在1084.5m处，废水水池最低水位高程暂按泵房以下3米考虑，二期灰场喷枪的最高高程约在1096.5m处，管路系统的位置高差为15米。喷枪选取Q=50m³/h,工作压力为0.4～0.65MPa,有效射程为45～50m。10#喷枪为最不利喷枪点，故以10#喷枪为研究对象进行水力计算分析：当只开一只喷枪时，管路损失约6m,即10#喷枪的工作压力为0.57MPa；当同时开启10#喷枪与11#喷枪时，管路损失约23米，即10#与11#喷枪的工作压力为0.40MPa。可满足灰场喷洒喷枪Q=50m³/h,H=0.4～0.65MPa,有效射程为45～50m的要求。

供水母管出泵房至一期灰场段采用支架架空敷设；一期灰场段，沿初期围堤顶面敷设，支墩采用混凝土。外露管道外做100mm厚岩棉绝热并采用镀锌铁皮保护。

供水母管沿灰场区域边缘布置成环，敷设在库区底部，管顶覆土厚度距灰库原始地面不小于1.4米。供水环网以一定坡度坡向二期灰场泄水管处。供水环网采取DN150的钢衬不锈钢管道，管道长度约1600m。

供水支管从主环网上水平引出2米后向上设立管连接喷枪立管及快速接头，立管底部设支墩。支管拟采用DN125的钢衬不锈钢管材，支管布置间距约80m，其高度随灰面升高而升高。立管上安装喷枪并预留快速接头,第一个快速接头距离库区地面1.5米，以后每隔1.5米设一个快速接头；喷枪初设高度距离库区地面3.0m，以后随灰面升高每次升高约3.0m。立管外包扎50mm玻璃棉制品。

当室外环境温度低于5℃时，喷枪工作完后，通过远程控制相应电磁阀排空喷洒管网内积水，防止结冻。

2.4喷洒管道的选型

2.4.1设计基本条件

灰场喷洒水质见表3。

表3喷洒水质

针对喷洒水质以及管道敷设的特殊需求，管道选型必选见表4。

表4管道选型

2.4.2管道选型结论

1、焊接钢管内壁不适用于腐蚀性介质，故灰场喷洒管道系统不选用焊接钢管。

2、钢衬塑复合管道适用于含腐蚀介质的流体，其外壁是钢管，耐高压，满足覆土20米的要求，并且费用低于钢衬不锈钢管道，但其连接方式为法兰盘连接。故选用钢衬塑复合管道作为喷洒系统外露的敷设管道管材。

3、塑料管道耐腐蚀性强，但其埋设深度以及使用环境要求不满足灰场喷洒管道系统的要求，故灰场喷洒管道系统不选用塑料管。

4、不锈钢管道可以满足灰场的使用要求，但其费用过高，不推荐此类管型。

5、钢衬不锈钢管道适用于含腐蚀介质的流体，其外壁是钢管，耐高压，满足覆土20米的要求，并且费用低于不锈钢管道，连接方式为焊接连接连接。故选用钢衬不锈钢管道作为喷洒系统埋地敷设管道管材。

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