原创《水电站供排水管道结露原因分析与处理方法》
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摘 要：在水电站运行过程中,供排水管道的结露是一种常见情况,对设备的自动化运行以及设备的整洁性等均有很大的影响.文章首先对水电站供排水管出现结露对管道造成的影响进行了分析,然后对水电站供排水管出现结露的基本原理和主要原因进行了分析,提出了水电站供排水管道结露的处理措施.
关键词：水电站；供排水管道；结露原因；处理方法；通风系统 文献标识码：A
中图分类号：TV737 文章编号：1009-2374（2016）32-0119-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.059
水电站供排水管表面经常会遇到结露的情况,出现这种情况主要是因为管道系统湿度比较大、管道系统所处的环境温度过高,导致管道外部的温度比管道环境空气露点温度低造成的.出现管道结露后会对设备的整洁性以及设备的自动化程度造成比较大的影响,需要采取相应的措施来处理结露.
1 供排水管道结露造成的影响
水电站运行过程中,由于电站所处的位置不同,取水方式也有所不同,导致供水水源温度和厂房环境温度之间存在温度差,当温度差值过大时,管道外壁就有可能会产生结露的情况.长时间的结露会导致供排水管道对于地面下部出现白色碳酸钙结晶,这些结晶会对设备的清洁性和自动化程度造成一定的影响,降低电站设备运行的安全性.同时结露降水过多时,地面会处于湿滑的状态下,会增加设备检修难度.
2 水电站供排水管道结露出现的原因
2.1 空气湿度和温度的影响
供排水管道出现结露主要是因为冷热空气对流交换造成的.在管道对流换热过程中,热量的转移需要利用流体来进行对流和导热,因此管道对流换热不仅是受对流规律的影响,同时还会受导热规律的影响.对流换热是一种非常复杂的情况,是由一系列复杂的因素造成的,从运动学理论的角度来说,产生流动主要可以分为自由运动和受迫运动两种.其中受迫运动下的对流属于强制对流,是搅拌、风机等外力因素下对流体进行作用后产生的运动.自由运动指的是流体内部因为各个部分冷热不均匀而造成的运动,例如炉墙壁、暖气片、供水管道周围空气产生的运动,这种情况下产生的对流换热属于自然对流换热.通常情况下,当流体受迫运动时,流动速度要远远超过自由运动时的速度,因此相同流体受迫运动所产生的热量也要远远超过自由运动时产生的热量.在气体运动过程中,由于自身具有一定的粘性,会在壁面产生摩擦,受摩擦作用的影响壁面四周会处于层流状态下,随着流速的不断加快,气体会产生相互干扰、相互扰动的旋涡,此时气体会处于湍流的状态下,层流底层的热量会顺着壁面线的方向传递热量,湍流体的传热强度也要远远优于层流的传热强度.当流体是给定的,流动速度越快,层流底层就越薄,产生的放热量也就越大,放热系数a也会随之增加.当管道布置在室内时,在不考虑风力因素和其他因素的情况下,可以使用下述公式计算a值：
总而言之,水电站供排水管道的结露现象想要消除,必须要保证管道外壁温度大于空气露点问题,并做好隔热处理.
2.2 电站通风系统的影响
由于电站厂房主要使用机械进排风和自然进排风的方式进行通风.在实际运行过程中,主厂房会利用直流式的方式组织气流.主送风系统会将自然风送入到主厂房的夹层、厂房发电机层、灌浆观测廊道层、水轮基层,然后进入到主厂房下游侧的廊道中,并从下游侧各层廊道排风系统排出热浊空气.但是由于厂房空间比较大,气流、冷量和室外空气交换难免会受到影响,会导致出现结露的情况.
3 管道结露处理的措施
3.1 隔热体的设计重点
在对水电站供排水管道结露进行控制时,要以降低冷热量对流交换为基本原则.为了彻底阻断热空气和冷水管产生对流交换,避免管道表面结露,可以使用物体覆盖到管道表面进行绝热,保证常温环境下管道外部保护层的温度大于环境的露点温度.因为管道处在低温的环境状态下,管道外部表面很容易受到腐蚀,需要增设防锈层.由于水电站供排水管道和油气管道不同,需要设置标识层,所以设计水电站供排水管道防结露保护层时,需要综合考虑防腐层、保护层、防潮层、保冷层、防锈层、标识层等方面的结构设计.
在设计水电站供排水管道隔热体时,设计的重点是科学计算保冷层.需要在防止保冷层外表面不结露的情况下准确计算出保冷层的厚度,并计算出冷量的损失,避免保冷层外表面和供排水管道外表面出现结露.按照规定要求,为了降低水冷量的损失,需要按照保冷层表面不结露的原则对保冷层的厚度进行计算.因此在进行设计时,保冷层外表面的温度至少要比环境露点温度高出0.3℃,而根据英国的规定标准,保冷层外表面温度要比环境露点温度高0.56℃.由于我国地域广袤,不同地区的气象差异非常大,在对保冷层厚度进行计算时,主要使用经济厚度法进行计算,然后利用热平衡法对外表面温度进行校核,要求保冷层的外表面温至少要比露点温度高出0.3℃,以此来避免保冷层外表面结露,降低冷量的损失.而对于供排水管道来说,不需要对冷量的损失进行考虑,只需要使用表面温度法对保冷层的厚度进行计算,就可以解决管道外表面结露的问题.
因为保冷结构主要包括防潮层、防锈层、保护层等,保护层比较薄,产生的热阻也比较小,因此保冷结构表面温度可以按照保冷层外表面温度进行计算,得出的计算结果就为防止外表面结构结露的保冷层厚度.在计算保冷层外表面厚度时,需要根据给定的绝热层表面温度来对绝热层厚度进行计算,当金属壁热阻和管道内表面热阻可以不予考虑时,金属壁表面温度和介质温度相同,在不考虑金属保护层绝热的情况下,表面温度就是保冷绝热层外表面温度.可以使用下述公式计算供排水管道的保冷绝热层厚度：
3.2 送风系统的设计
为了提高电厂的通风能力,设计采用为正压送风来提高新风比例.送风参数按照下述原则来进行设计：（1）通过通风空调风量将厂内的余带走,保证设备温度恒定；（2）要求可以达到厂内所有主要设备通风换气次数的规定要求；（3）为了保证工作场所环境的干燥,所有结露场所的风速要求达到0.5m/s；（4）通风要可以达到人体舒适度的要求,温度控制在23℃～28℃,湿度控制在40%～60%之间,风速要控制在0.2～0.5m/s之间；（5）尽可能使用通风空调系统的接力风机、风口、风道等进行通风；（6）具有良好的节能性.
按照上述原则,可以使用下述公式确定送风参数如下：湿度60%,温度20℃,送风量L可以由设备间风量L1总和进行确定.
4 结语
综上所述,在处理电站排水管道结露现象时,可以通过在管道外壁增设隔热保温层来防止出现结露的情况.在实际施工过程中,还需要使用式（3）来计算保冷层的厚度,并利用式（5）进行核对,保证环境露点温度低于给排水管道外壁表面的温度,杜绝水电站供排水管道出现结露的情况,提高给排水管道运行的稳定性和安全性.
参考文献
[1] 夏雅君．隔热技术[M]．北京：机械工业出版社,2001.
[2] 杨世铭．传热学[M]．北京：高等教育出版社,2009.
[3] 王巧云．设备及管道绝热应用技术手册[M]．北京：中国标准出版社,2008.
作者简介：李成恩（1982-）,男,四川成都人,长江电力股份有限公司中级工程师,研究方向：供排水.
（责任编辑：秦逊玉）
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