閉式膨脹水箱的容積計(jì)算

陳 雯，林再江，武 宇

國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100094

0 引言

汽輪機(jī)廠房閉式冷卻水系統(tǒng)用來給汽機(jī)房內(nèi)各輔機(jī)設(shè)備換熱器提供可靠的冷卻水。該系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)冷卻回路，用開式冷卻水系統(tǒng)中的水流經(jīng)閉式循環(huán)冷卻水熱交換器來冷卻閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的冷卻水。

閉式膨脹水箱是閉式循環(huán)水系統(tǒng)的重要組成部分，選用合理大小的閉式膨脹水箱對系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。

1 閉式膨脹水箱的作用

膨脹水箱一般可分為閉式水箱和開式水箱兩類。電廠用膨脹水箱多為開式水箱，與大氣連通，起到穩(wěn)壓的作用。閉式膨脹水箱吸收由于系統(tǒng)溫度變化產(chǎn)生的閉式水的膨脹或收縮。閉式膨脹水箱上的水位儀表和報(bào)警裝置監(jiān)測和控制水箱水位，并能檢測出系統(tǒng)的泄漏情況。

閉式膨脹水箱的具體作用如下：

1）位于整個(gè)系統(tǒng)的最高點(diǎn)，從而保持閉式水系統(tǒng)充滿除鹽水；2）膨脹水箱連接在閉式泵進(jìn)口附近的系統(tǒng)回水管上，能夠在泵的進(jìn)口處形成一個(gè)近于恒定的壓頭，防止閉式泵發(fā)生氣蝕；3）膨脹水箱能接受DWS和凝結(jié)水補(bǔ)水，補(bǔ)充TCS系統(tǒng)向外界的泄漏。

2 膨脹水箱的容積計(jì)算

2.1 假定條件

閉式膨脹水箱為碳鋼結(jié)構(gòu)的圓柱形立式容器，上部為橢球型封頭，下部為平底。

閉式膨脹水箱的大小應(yīng)能保證在正常水位下運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)溫度從最低變化到最高，或者反向變化，不會(huì)引起水位達(dá)到高或者低水位報(bào)警設(shè)定值。此外，在低—低水位或高—高水位報(bào)警設(shè)定值下運(yùn)行時(shí)，仍有足夠的剩余水量或者膨脹空間，在最大的溫度變化下不會(huì)排空或者溢流。

2.2 變化的水容積計(jì)算

1)初始條件

初始溫度由汽機(jī)房內(nèi)最低環(huán)境溫度決定，為T1；對應(yīng)的水的初始密度ρ1；

最終溫度由閉式水系統(tǒng)的最高回水溫度決定，為T2；對應(yīng)的水的最終密度ρ2；

汽機(jī)房內(nèi)閉式水的總?cè)莘e為Vf；

膨脹水箱的內(nèi)徑假定為Di；

膨脹水箱與大氣連通，運(yùn)行壓力為： 0.1013MPa；

膨脹水箱水位以上留有Hm的高度。

2）膨脹水箱的容積計(jì)算

根據(jù)以上假設(shè)條件，可以得到以下結(jié)論：

熱膨脹系數(shù)為： （ρ1-ρ2）/ρ2

系統(tǒng)中水容積的變化為: △V=Vf×（ρ1-ρ2）/ρ2

膨脹水箱總?cè)莘e為: V= △V +Vm

3 實(shí)際案例

實(shí)際案例中，很多電廠根據(jù)需要會(huì)制定一些符合自身運(yùn)行安全的規(guī)則.以下以某電站為例，進(jìn)一步討論閉式膨脹水箱容積的計(jì)算方法。

3.1 前提條件

膨脹水箱的容量選擇時(shí)取10%裕量。

膨脹水箱在正常低水位下運(yùn)行時(shí)，若補(bǔ)水中斷，膨脹水箱應(yīng)有補(bǔ)充系統(tǒng)30min正常泄漏量的能力。

補(bǔ)水閥故障關(guān)閉時(shí)，膨脹水箱到達(dá)低水位發(fā)出報(bào)警后，運(yùn)行人員能在30min內(nèi)打開補(bǔ)水旁路閥。

3.2 計(jì)算方法

膨脹水箱內(nèi)的初始溫度：Ti=10 ℃

膨脹水箱內(nèi)的最終溫度： Tf=44℃

閉式水的總?cè)莘eVf由閉式水系統(tǒng)管道ISO圖和閉式水用戶設(shè)備圖紙得出：

Vf=320m3

考慮的閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)泄漏量： 閉式水量的0.5%

閉式水量：3 471.9m3/h

在正常低水位下運(yùn)行時(shí)，膨脹水箱應(yīng)有補(bǔ)充系統(tǒng)30min的正常泄漏量的能力，即：

Vmin=0.5×3 471.9×0.5% =8.68m3

膨脹水箱與大氣連通，運(yùn)行壓力為：0.1013MPa

膨脹水箱的內(nèi)徑假定為Di=2.5m

膨脹水箱水位以上留有Hm=0.6m的高度，用于安裝溢流水管道、液位裝置等，即膨脹水箱上部留有空置容積：

3.3 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)最終比容ρf=990.628kg/m3熱膨脹系數(shù)是=0.916%

低—低水位時(shí)閉式膨脹水箱內(nèi)水容積VL-L，應(yīng)不小于由于熱膨脹產(chǎn)生的體積變化：

VL-L≥Vth=Vf×0.916%=2.93m3

因此，高水位時(shí)膨脹水箱內(nèi)的水容積是：

VH=Vth+Vmin =2.93+8.68=11.61m3

高-高水位時(shí)膨脹水箱內(nèi)的水容積：

VH-H=VH+Vth=11.61+2.93=14.54m3

膨脹水箱筒身容積為：

Vc=VH-H+Vm=14.54+2.94=17.48m3

考慮留有10%的裕量，膨脹水箱容積選為：

Vx=1.1×Vc =19.23m3

4 結(jié)論

閉式膨脹水箱的容積計(jì)算在電廠機(jī)務(wù)設(shè)計(jì)中非常重要，它決定了膨脹水箱的選型及閉式水系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定的運(yùn)行。本文著重探討了閉式膨脹水箱的容積、選型和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的一些問題。

[1]高養(yǎng)田.閉式水系統(tǒng)膨脹水箱的選用[J].暖通空調(diào)，2004.

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