辛澤成

探討兩相流管道設(shè)計(jì)技術(shù)在電廠管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

辛澤成

（山東電力工程咨詢院有限公司 濟(jì)南 250013）

目前我國的經(jīng)濟(jì)正進(jìn)入工業(yè)化、信息化和跳躍式發(fā)展階段，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展離不開電力的推動，火力發(fā)電廠作為一種更方便、更快捷、更安全的系統(tǒng)出現(xiàn)，對國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展有促進(jìn)作用。在設(shè)計(jì)過程中，疏水相變是疏水管道的一個(gè)常見現(xiàn)象，它的出現(xiàn)容易增加水流的流動阻力，進(jìn)而對工作設(shè)備造成投入影響，熱效率發(fā)生變化。為符合我國的可持續(xù)發(fā)展的要求，在疏水相變方面進(jìn)行了相關(guān)改進(jìn)，采用了兩相流管道設(shè)計(jì)技術(shù)，在保證火力發(fā)電廠安全高效運(yùn)行的同時(shí)，還能起到減少資源浪費(fèi)的作用。因此，本文主旨就是對兩相流管道設(shè)計(jì)技術(shù)在電廠管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行探討，從介紹管內(nèi)的流動工質(zhì)相變產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā)，對兩相流管道設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行研究。

兩相流管道設(shè)計(jì)技術(shù)；相變；電廠管道設(shè)計(jì)；應(yīng)用分析

在火力發(fā)電廠的設(shè)計(jì)過程中，出現(xiàn)兩相流動的氣液化管道是一種常見現(xiàn)象，它與單向流動管道之間的差別較大，尤其是在流動性方面。由于氣液化兩相流動管道所帶來的流動阻力較大，容易對管道產(chǎn)生震動作用，這也是火力發(fā)電廠在管道設(shè)計(jì)方面的一大難題。隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會的快速發(fā)展和不斷變化，對電廠設(shè)計(jì)方面的要求越來越嚴(yán)格，需要不斷對電廠管道設(shè)計(jì)的精確度進(jìn)行提高，減少在工作過程中的不必要麻煩。本文從兩相流管道設(shè)計(jì)產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā)，介紹了幾種可以減小管道摩擦及對其進(jìn)行降壓的方法，加強(qiáng)兩相流管道設(shè)計(jì)技術(shù)在電廠管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1 兩相流管道設(shè)計(jì)技術(shù)的概述

1.1 工作流程

當(dāng)前，兩相流動管道的使用范圍正在逐漸增加，已經(jīng)發(fā)展較成熟的鍋爐水冷壁、直流鍋爐汽水分離器后疏水管道、加熱器疏水管道和暖風(fēng)器疏水管道等，通過對兩相流動管道技術(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，可以將其對管道所產(chǎn)生的阻力進(jìn)行計(jì)算，對其工作流程進(jìn)行分析。在電廠管道設(shè)計(jì)過程中，需要對發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行充分考慮，這也就為兩相流管道技術(shù)的應(yīng)用增加了難度。以加熱器疏水管道為例進(jìn)行工作流程分析，在工作過程中，首先是通過汽機(jī)本機(jī)抽出的蒸汽對加熱器進(jìn)行換熱，在這個(gè)過程中容易形成飽和水和少量具有一定溫度的凝結(jié)水可以進(jìn)行回收，利用這些回收來的水及其熱量，結(jié)合疏水逐級自流的方法，使其最終流動到凝汽器當(dāng)中。其中需要注意的是疏水管道的工作流程，一般為在高壓力工作下為加熱器補(bǔ)水，并使凝結(jié)水進(jìn)過多個(gè)門閥最終流如到壓力較低的給水加熱器中。

1.2 疏水管道相變的產(chǎn)生原理

電廠所采用的疏水逐級自流的方法需要對管道的高低壓進(jìn)行一定的研究，在較高壓力處的飽和水會因?yàn)楣艿纼?nèi)的阻力以及管道進(jìn)出口處的壓力差產(chǎn)生不同程度的重位壓降，同時(shí)調(diào)節(jié)閥和閘閥可以起到節(jié)流的作用，兩者相互結(jié)合可以產(chǎn)生降低水壓力的作用，進(jìn)而導(dǎo)致疏水過飽和和管道內(nèi)部汽液呈現(xiàn)兩相流的現(xiàn)象。

2 兩相流管道設(shè)計(jì)技術(shù)在電廠管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（1）疏水管道兩相流動阻力的計(jì)算方法。通過對兩相流管道設(shè)計(jì)方法的研究，在阻力計(jì)算方法方面已經(jīng)總結(jié)了集中典型的計(jì)算方法，它們的計(jì)算過程較為復(fù)雜，在精確度方面也在不斷加強(qiáng)，并加強(qiáng)子啊實(shí)際操作過程中的應(yīng)用?，F(xiàn)今世界各國所采用的阻力計(jì)算方法都不太一樣，受其計(jì)算參數(shù)范圍的影響，計(jì)算結(jié)果的偏差也存在較大的差異，所以在實(shí)際操作過程中需要根據(jù)實(shí)際需求對其進(jìn)行計(jì)算方法選擇。對其計(jì)算方法進(jìn)行總結(jié)，主要有原蘇聯(lián)1961年鍋爐水循環(huán)計(jì)算方法、馬蒂內(nèi)里-納爾遜算法和我國電站鍋爐水動力計(jì)算方法，它們都是用于高壓及高工質(zhì)流速的工作狀態(tài)，在計(jì)算誤差方面也有著不同的差距。

（2）摩擦阻力壓力降的計(jì)算在設(shè)計(jì)過程中的實(shí)際應(yīng)用。兩相流管道設(shè)計(jì)技術(shù)主要考慮的就是在工作過程兩相流的壓力降，它要比相同質(zhì)量流速的單相流大很多，增加汽液兩相流流動過程的復(fù)雜程度，也沒有相對應(yīng)的摩擦阻力系數(shù)與雷諾數(shù)之間的通用關(guān)聯(lián)式可以直接使用，因此，摩擦阻力壓力降的計(jì)算在設(shè)計(jì)過程中通常采用半經(jīng)驗(yàn)性的關(guān)聯(lián)式來進(jìn)行計(jì)算。引起摩擦阻力壓力降的主要原因有：管內(nèi)壁持液使得管內(nèi)徑變小，汽液兩相流流動產(chǎn)生的相互運(yùn)動會降低界面的能量，導(dǎo)致界面能量損失，還有就是液體在管中起伏運(yùn)動。在電廠管道設(shè)計(jì)過程中，對摩擦阻力壓力降進(jìn)行計(jì)算可以對兩相流的流型進(jìn)行確定，進(jìn)而降低管路及設(shè)備之間的振動，并采取有效措施來避免柱狀流的出現(xiàn)。

（3）避免出現(xiàn)塞狀或彈狀流型。通過大量的理論研究和實(shí)踐證明，在電廠管道設(shè)計(jì)過程中如果兩相流動呈塞狀或彈狀流型，則容易引起管道內(nèi)部的震動，在進(jìn)行電廠管道設(shè)計(jì)是需要采用兩相流管道設(shè)計(jì)技術(shù)，綜合考慮壓力、氣液化程度、流速和管道直徑等影響因素，采取有效措施避免塞狀或彈狀流型的出現(xiàn)。在對流型的計(jì)算過程中，通常采用貝克流型圖，可以對垂直管道進(jìn)行流型計(jì)算，這一步驟是十分重要的。兩相流管道設(shè)計(jì)技術(shù)可以最大限量的減少彎頭數(shù)量，管道的轉(zhuǎn)彎處往往是氣液兩相流動震動的主來來源，減少彎頭數(shù)量是最直接簡便的措施，并可以進(jìn)一步提高管道的柔性。在彎頭的選擇上需要避免選用短半徑彎頭，根據(jù)物力學(xué)的動量定律可以得出，流體對管道的沖擊力與激振里之間是呈正相關(guān)的，兩相流管道設(shè)計(jì)技術(shù)可以調(diào)節(jié)管道內(nèi)部的壓力，滿足流動阻力的要求，保證機(jī)組在運(yùn)行過程中的疏水流暢。

3 結(jié)語

兩相流管道設(shè)計(jì)技術(shù)在電廠管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要是對疏水管道中的相變進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)閥操作后如果出現(xiàn)氣液兩相流動現(xiàn)象，則壓降增加。因此，在進(jìn)行電廠管道設(shè)計(jì)之前，必須對管道內(nèi)部的流動阻力進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，根據(jù)計(jì)算值對管道提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求，以保證管道后續(xù)操作過程中的疏水流動能力。同時(shí)還可以根據(jù)兩相流動的流型對管道的長度進(jìn)行選擇，以及采取增大兩相流動管道直徑的辦法來降低兩相流動的壓力損失。面對日益嚴(yán)格的電廠管道設(shè)計(jì)要求，必須對管道設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的分析檢驗(yàn)，確保管道設(shè)計(jì)的合理性、科學(xué)性，促進(jìn)電廠的健康發(fā)展。

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2016-9-11