周 華， 沈勤峰

(中國電力工程顧問集團(tuán)華東電力設(shè)計(jì)院有限公司， 上海 200063)

近年來我國火電機(jī)組主蒸汽壓力達(dá)到28～35 MPa、溫度達(dá)到600 ℃，再熱蒸汽溫度為610 ℃或620 ℃。作為回?zé)嵫h(huán)的一個(gè)重要部分，原高壓加熱器(簡(jiǎn)稱高加)疏水管道的設(shè)計(jì)已不能滿足機(jī)組運(yùn)行要求。

筆者依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國內(nèi)1 000 MW、660 MW二次再熱機(jī)組的設(shè)計(jì)，從參數(shù)設(shè)定、管道布置及支吊架設(shè)置三方面對(duì)高加疏水管道及安全閥排氣管道設(shè)計(jì)進(jìn)行了歸納總結(jié)，并提出了解決方法。

1 參數(shù)設(shè)定

調(diào)節(jié)閥后的疏水管道溫度、壓力算法不一，修改較多，必須對(duì)介質(zhì)密度、保溫厚度、支吊架間距進(jìn)行重新核算。高加疏水系統(tǒng)流程圖見圖1 。

圖1 高加疏水系統(tǒng)流程圖

1.1 設(shè)計(jì)壓力及溫度

根據(jù)規(guī)程加熱器疏水管道設(shè)計(jì)壓力應(yīng)取汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥全開(VWO)工況下抽汽壓力的1.1倍，且不小于0.1 MPa。當(dāng)管道中疏水靜壓引起壓力升高值大于抽汽壓力的3%時(shí)，應(yīng)考慮靜壓的影響。加熱器疏水管道設(shè)計(jì)溫度應(yīng)取該加熱器抽汽管道設(shè)計(jì)壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度[1]。

引入外置式蒸汽冷卻器，加熱器疏水管道的設(shè)計(jì)壓力、溫度選取方法不變；但是蒸汽冷卻器到加熱器的疏水管道設(shè)計(jì)溫度應(yīng)考慮部分蒸汽的存在，取抽汽設(shè)計(jì)溫度。

例如，某工程汽輪機(jī)在VWO工況下二級(jí)抽汽(靠近抽汽口)絕對(duì)壓力為6.67 MPa，則高加疏水管道設(shè)計(jì)壓力為7.23 MPa，大于0.1 MPa，符合要求。加熱器疏水管道設(shè)計(jì)溫度為設(shè)計(jì)壓力7.23 MPa所對(duì)應(yīng)的飽和溫度288.9 ℃。

1.2 正常疏水管道運(yùn)行壓力及溫度

正常疏水管道是指高加疏水(疏水段接口)逐級(jí)疏至下一級(jí)高加，最后輸入除氧器的管道。

正常疏水管道疏水調(diào)節(jié)閥前運(yùn)行壓力近似取汽輪機(jī)在VWO工況下的抽汽(靠近加熱器口)壓力，調(diào)節(jié)閥后運(yùn)行壓力近似取在VWO工況下的下一級(jí)抽汽(靠近加熱器口)壓力。根據(jù)熱平衡，二級(jí)抽汽(靠近加熱器口)壓力為6.48 MPa，三級(jí)抽汽(靠近加熱器口)壓力為3.64 MPa。

疏水調(diào)節(jié)閥前運(yùn)行溫度近似取在VWO工況下疏水冷卻段至下一級(jí)加熱器疏水管道溫度。計(jì)算調(diào)節(jié)閥后運(yùn)行溫度時(shí)，可將疏水調(diào)節(jié)閥看作節(jié)流元件，等焓考慮，根據(jù)調(diào)節(jié)閥前運(yùn)行壓力和溫度查出焓為1 087 kJ/kg，根據(jù)調(diào)節(jié)閥后運(yùn)行壓力及焓得到調(diào)節(jié)閥后運(yùn)行溫度。

1.3 危急疏水管道運(yùn)行壓力及溫度

危急疏水管道是指當(dāng)加熱器水位異常升高到設(shè)定值時(shí)，緊急排出疏水的管道。管道一般從加熱器的危急疏水接口(凝結(jié)段)接入凝汽器疏水立管或凝汽器背包式擴(kuò)容器。

危急疏水管道疏水調(diào)節(jié)閥前運(yùn)行壓力近似取汽輪機(jī)在VWO工況下的抽汽(靠近加熱器口)壓力，運(yùn)行溫度取運(yùn)行壓力下的飽和溫度。疏水調(diào)節(jié)閥后壓力應(yīng)為凝汽器疏水立管或背包式擴(kuò)容器運(yùn)行壓力，一般取0.30～0.35 MPa。

1.4 蒸汽冷卻器的危急疏水管道壓力及溫度

蒸汽冷卻器的危急疏水管道指同級(jí)外置式蒸汽冷卻器疏水出口至同級(jí)高加疏水進(jìn)口的管道。這部分工況較復(fù)雜，管道布置時(shí)通常設(shè)計(jì)成U形，運(yùn)行時(shí)形成水封。外置式蒸汽冷卻器疏水出口管道溫度較高，高加進(jìn)口部分管道溫度較低。設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)行壓力近似取汽輪機(jī)在VWO工況下的抽汽(靠近抽汽口)壓力，運(yùn)行溫度取運(yùn)行壓力下的飽和溫度。在運(yùn)用計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算時(shí)，外置式蒸汽冷卻器疏水出口管道介質(zhì)模擬成氣體(圖2中節(jié)點(diǎn)號(hào)4010～4150)，參數(shù)取抽汽參數(shù)，高加進(jìn)口部分管道模擬成水(圖2節(jié)點(diǎn)號(hào)4150～4450)。U形管外置式蒸汽冷卻器疏水出口側(cè)水面應(yīng)低于高加進(jìn)口高度。節(jié)點(diǎn)4010為外置式蒸汽冷卻器疏水出口，節(jié)點(diǎn)4450為高加進(jìn)口。

圖2 外置式蒸汽冷卻器疏水管道計(jì)算圖

該工程高加疏水管道參數(shù)見表1。

表1 高加疏水管道參數(shù)

2 管道布置

疏水管道的布置重點(diǎn)考慮疏水的流暢及隔離閥、疏水調(diào)節(jié)閥的位置滿足操作及檢修的要求。

2.1 疏水調(diào)節(jié)閥后管道布置

調(diào)節(jié)閥后疏水對(duì)管道沖刷非常嚴(yán)重，尤其是彎頭部位。在工程設(shè)計(jì)中，疏水調(diào)節(jié)閥后管道管徑和壁厚放大一檔，管道采用合金鋼。布置時(shí)注意兩點(diǎn)：一是調(diào)節(jié)閥后管道盡量短，調(diào)節(jié)閥盡量靠近疏水進(jìn)口，減少二相流動(dòng)的管線長(zhǎng)度,并避免局部凸起和過多彎曲，有條件時(shí)調(diào)節(jié)閥后管道直接與加熱器或凝汽器接口相接[2]，見圖3(節(jié)點(diǎn)3500為凝汽器系統(tǒng)疏水立管接口)；二是將調(diào)節(jié)閥后的彎頭改為三通來抵抗流體沖刷,三通堵封宜采用盲法蘭，見圖4(節(jié)點(diǎn)2600為凝汽器背包式擴(kuò)容器接口,節(jié)點(diǎn)2420處為盲法蘭)。

圖3 疏水管道布置1

圖4 疏水管道布置2

2.2 閥門布置

高加疏水調(diào)節(jié)閥一般采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺寸較大，長(zhǎng)度可達(dá)1.6 m，加上執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行行程，所占空間較大。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)豎直布置時(shí)，須要考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否與上方管道相碰；當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)水平布置時(shí)，須要考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否與周圍管道相碰。設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)方向，在三維模型中調(diào)整好，見圖5。

EL—管道中心標(biāo)高

正常疏水管道進(jìn)入下一級(jí)加熱器時(shí)，如果接口在加熱器上方，接口處垂直管道不宜太長(zhǎng)，否則閥門太高，不宜操作。凝汽器疏水立管或凝汽器背包式擴(kuò)容器附近疏水閥門集中，應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃，并設(shè)置檢修平臺(tái)。

2.3 加熱器安全閥排氣管道

為了保護(hù)加熱器的安全，高加殼體均裝有彈簧安全閥，在加熱器超壓時(shí)進(jìn)行泄壓。加熱器安全閥排氣管道布置時(shí)要注意閥后管道的角度問題。安全閥通常采用法蘭連接，法蘭孔的位置限制了安全閥不可能以任意角度裝。如果設(shè)計(jì)時(shí)安全閥閥后管道為不規(guī)則角度，現(xiàn)場(chǎng)可能無法安裝，假設(shè)安全閥法蘭有8個(gè)法蘭孔，則閥后管道角度可為45°的倍數(shù)；如果法蘭結(jié)構(gòu)未知，排氣管道宜采用與加熱器軸線成90°布置。圖6為安全閥管道布置。

圖6 安全閥管道布置

另外，根據(jù)DL/T 5366—2014 《發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計(jì)算技術(shù)規(guī)程》第7.3.4條，安全閥管道二次應(yīng)力要求可適當(dāng)放寬，建議不超過許用應(yīng)力的115%。

3 支吊架設(shè)置

3.1 疏水管道支吊架設(shè)置

疏水管道上疏水調(diào)節(jié)閥前后存在一定的壓差，當(dāng)疏水發(fā)生部分汽化時(shí)，形成的汽液兩相流對(duì)管道產(chǎn)生脈動(dòng)激擾，引起管道系統(tǒng)振動(dòng)。因此必須合理設(shè)置支吊架，在管道補(bǔ)償應(yīng)力允許及接口推力與力矩滿足要求的條件下，適當(dāng)裝設(shè)固定、導(dǎo)向支架，提高管道剛度。

正常疏水管道一般不長(zhǎng)，能設(shè)置剛性支吊架的地方全部設(shè)置成剛性，并根據(jù)主廠房梁柱結(jié)構(gòu)及周圍管道情況適當(dāng)設(shè)置水平限位。

危急疏水管道從各加熱器接至凝汽器附近，管道較長(zhǎng)。首先應(yīng)選擇熱位移較小點(diǎn)設(shè)置固定支架，并限制了該點(diǎn)管道6個(gè)方向的自由度，可使管道系統(tǒng)剛度有大幅度提高；然后根據(jù)主廠房梁柱結(jié)構(gòu)，適當(dāng)增設(shè)水平方向約束，特別是調(diào)節(jié)閥附近。有條件時(shí)在調(diào)節(jié)閥附近設(shè)置導(dǎo)向支架，見圖7(a)(節(jié)點(diǎn)4500為凝汽器背包接口)；如果水平管較長(zhǎng)，而閥門附近管道較短無法設(shè)置導(dǎo)向支架時(shí)，可設(shè)置軸向限位支架，見圖7(b)(節(jié)點(diǎn)2500為凝汽器系統(tǒng)輸水立管接口)。

圖7 危急疏水管道支吊架設(shè)置

3.2 安全閥排氣管道支吊架設(shè)置

安全閥排氣管道支吊架設(shè)置時(shí)沒有剛性吊架或支架，當(dāng)安全閥動(dòng)作，管道支吊架不能承受安全閥動(dòng)作反力。實(shí)踐中加熱器安全閥出口第一個(gè)彎頭處不易設(shè)置支撐支架，須要在安全閥排氣管道穿樓板處考慮設(shè)置限位支架，在應(yīng)力及接口推力與力矩滿足要求的條件下，可設(shè)置為固定支架。另外在屋面處設(shè)置允許管道熱脹的導(dǎo)向支架，管部與根部不焊接。固定支架及屋面處的導(dǎo)向支架設(shè)計(jì)時(shí)要考慮安全閥排氣反向力。

4 結(jié)語

了解電廠高加疏水系統(tǒng)中管道設(shè)計(jì)的注意點(diǎn)，避免易錯(cuò)問題發(fā)生，正確擬定設(shè)計(jì)參數(shù)，合理規(guī)范布置管道設(shè)置支吊架，才能保證提供資料的準(zhǔn)確率，保證圖紙質(zhì)量，減小校核、審核后的修改量，減少現(xiàn)場(chǎng)安裝問題，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高工作效率。