ABSTRACT

To make nuclear power plant more economical, the article studies the economic velocity at home and abroad, and the study finds that the pipe economic velocity is mainly based on energy price and steel price, and the recommended economic velocity is tending to decline overseas. Through the factor analysis with the help of GENERAUX equation, the results show that the pipe economic velocity will decrease along with the increase of pipe diameter; the pipe economic velocity will drop about 4.5% with unit cost of energy increased by 1$; And the pipe economic velocity will rise about 1.1% with unit cost of material increased by 1$.

Keywords:Economic Velocity, GENERAUX Equation, Pipe Size, Steel Price

浅析核电厂管道经济流速

李振鹏，杨洪波，江添明

中广核工程有限公司，广东 深圳

Email: lizhenpeng@cgnpc.com.cn, hongbo_yang@cgnpc.com.cn

收稿日期：2015年1月7日；录用日期：2015年1月21日；发布日期：2015年1月26日

摘 要

为进一步提高核电厂管道系统的经济性，对国、内外管道经济流速进行研究分析，管道经济流速主要取决于能源价格和钢材价格；同时，国外管道推荐经济流速已呈现出向低流速发展的趋势。本文利用国外推荐的GENERAUX方程对影响管道经济流速相关因素进行了分析。结果表明：随着管道直径的增加，管道经济流速呈现出降低趋势；当单位能耗每增加1美元时，管道经济流速降低约4.5%；单位材料费用每增加1美元，管道经济流速约上升1.1%。

关键词 :经济流速，GENERAUX方程，管道规格，钢材价格

1. 引言

目前，对于核电厂管道流速，国、内外许多国家或企业都制定了相应的管道推荐流速标准[1] ，标准通常给出了不同介质管道流速的推荐范围，如：离心泵入口管道推荐流速2~3 m/s。

此外，国内外各工程领域，也针对管道经济流速及其影响因素进行了研究分析[2] -[7] ，然而，对于各标准推荐流速，大多来源于各自的经验数据，尚未综合考虑管道经济流速的影响因素，还需完善科学的管道经济流速计算方法。

对于新建核电厂，经济性指标尤为重要，需要综合考虑固定成本和运行成本。对于核电厂，由于参数较低，流量相对较高，同时配有庞大的管路系统及相应动力设备。

对于管道系统，固定成本和运行成本主要体现在以下两个方面：

1) 管道的材料费用，取决于管道的规格；

2) 动力设备的运行费用，取决于管道的流速。

根据管道规格计算公式(1)，如下：

(1)

式中：D_i——内径，mm；Q——介质容积流量，m³/h；w——介质流速，m/s。

由此可知，当选取较大管道规格时，管道材料费用较高，但管道流速相应较低，能耗降低，运行费用降低；而当管道规格较小时，管道材料费用较低，但流速较高，能耗较高，运行费用也较高。因此，要提高电厂经济性指标，需综合考虑两方面的影响，找出最佳点，如图1。

国外研究表明[8] [9] ，在过去的40年中，管道的最佳经济流速已呈现出降低的趋势，这种变化来源于材料价格、能源价格、人力成本、税收等因素的变化，该文献还提出了基于GENERAUX方程的最佳经济流速计算方法，目前该方法已应用于国外一些商业流体管网计算软件，如：FLUIDFLOW。然而，

图1. 电厂总成本随管道规格变化趋势

国内标准《火力发电厂汽水管道设计技术规定》自1996年发布以来，对于推荐流速一直未进行任何调整；然而，部分研究领域也开始探索研究管道最佳经济流速，如严煦世等人提出了经济管径的估算方法[10] ，用于计算城市供水管网计算。

此外，据中央关于制定“十二五”规划的建议中指出[11] ，要深化资源性产品价格和要素市场改革，理顺煤、电等资源类产品价格关系，文献表明“十一五”期间上网电价全国年平均增长率为3.7%，销售电价平均年增长率为2.8%，预计“十二五”期间，鉴于能源电力技术在短时期不会取得根本性突破，受资源稀缺、土地价格上涨、新能源比重提高等因素影响，电力生产、输配和供应成本未来呈上升趋势。

综上所述，进一步提高核电厂经济指标，节约成本，本文以GENERAUX方程为工具，评价和分析了管道材料费用、单位能耗、管道规格等因素对管道经济流速的影响分析。

2. GENERAUX方程介绍

图2为GENERAUX方程，Marshall & Swift等人[2] 研究近十年能源与材料各项因素的变化趋势，给出了碳钢和不锈钢材料1998与2008年基于GENERAUX方程各参数的统计数据，见表1。

3. 影响因素及应用分析

3.1. 影响因素

3.1.1. 能源与物价的总体影响

假定一根DN100的碳钢管道，流动介质为水，密度为1000 kg/m³，利用GENERAUX方程，结合表1参数计算可见图3。从图3中可以看出，不同材质的管道推荐经济流速存在一定的差别，并且随着能源与物价的调整，碳钢和不锈钢材质管道经济流速均出现了下降的趋势。

3.1.2. 管道规格的影响

假定管道流体介质为水，密度为1000 kg/m³，针对不同管道规格，利用GENERAUX方程，计算结果如图4所示。

以某电厂闭式冷却水系统为例，选取闭式冷却水泵出口管道规格。泵额定流量为2000 m³/h，管道规格为DN500，管道材料为碳钢材料，介质为除盐水，密度约为 1000 kg /m³。利用汽水管道推荐的介质流

图2. GENERAUX方程

表1. GENERAUX方程参数值

图3. 不同时期不同管道材料对应的最佳经济流速

图4. 不同时期不同管道规格对应的最佳经济流速

速计算公式(1)计算可得，当前选取的管道流速为2.83 m/s。相对于图4给出的GENERAUX方程推荐的最佳经济流速约为0.7 m/s，还有较大优化空间。

3.1.3. 单位能耗值的影响

利用GENERAUX方程，计算单位能耗值K对经济流速的影响，见图5。

从图5可以看出，随着能耗的增加，管道经济流速呈现出逐渐降低的趋势，能耗每增长1美元，管道经济流速约下降4.5%左右。

3.1.4. 单位材料费用的影响

利用GENERAUX方程，计算单位材料费用对管道经济流速的影响，见图6。从图6可以看出，材料费用每增加1美元，管道经济流速约增加1.1%。

图5. 单位能耗对管道经济流速的影响

图6. 单位材料费用对经济流速的影响

表2. 近年国内部分钢材价格变化趋势

3.2. 应用分析

近年来[12] ，全球的钢铁行业都面临产能过剩、效益低下和可持续发展的挑战。从钢材的消费流向来看，固定资产投资对钢铁消费的拉动作用非常大，在钢材消费比例上，基础设施约占50%，制造业占30%~40%。因而钢材价格受国内宏观经济发展与调控紧密相关。

表2给出了国内某地区2007年~2011年期间，几种核电厂常用钢材价格的市场统计数据。

从表2可以看出，近年来国内钢材的价格有较大波动，依据敏感性分析结果，价格对管道选型设计有很大影响。因而对核电厂热力系统管道进行设计选型时，应充分考虑当前国内钢材的价格因素，进行合理的技经比选分析，从而优化设计。

4. 结论与建议

通过对于GENERAUX方程中相关因素进行案例分析，并结合国内钢材价格统计分析，有如下结论：

1) 随着能源和材料价格的变化，管道经济流速已呈现出逐渐降低的趋势。

2) 当单位能耗每增长1美元时，管道最佳经济流速约下降4.5%左右；而当材料费用每增加1美元时，管道经济流速约增加1.1%；

3) 在应用《火力发电厂汽水管道设计技术规定》推荐的管道流速范围进行核电厂管道设计选型时，应根据材料以及能源价格的变化趋势进行必要的经济比选；

综上所述，GENERAUX方程综合考虑了多方面因素的影响，并且已应用于FLUIDFLOW等商业计算软件。因此，在国内核电工程设计领域可以进行借鉴，并结合国内材料市场和能源行情，合理确定GENERAUX方程各项参数，进而应用于核电厂管道选型设计，进一步提升核电厂的经济性。

文章引用

李振鹏,杨洪波,江添明, (2015) 浅析核电厂管道经济流速
The Analysis of Economic Velocity of Pipe in Nuclear Power Plant. 电力与能源进展,01,15-20. doi: 10.12677/AEPE.2015.31003

参考文献 (References)