淺談減溫減壓器系統(tǒng)的設(shè)置及工藝計算

周翔

摘 要：減溫減壓器是一種將一次（新）蒸汽壓力P1、溫度t1進行減溫減壓，使其二次蒸汽壓力P2、溫度t2達到生產(chǎn)工藝所需的要求。廣泛用于熱電廠、集中供熱、食品工業(yè)、石化工業(yè)、紡織工業(yè)、橡膠工業(yè)、造紙和紙槳工業(yè)、煙草工業(yè)、制藥等其它很多行業(yè)。在以供熱為主的電廠中主要應(yīng)用于鍋爐過熱器出口、汽輪機旁路、電廠內(nèi)部各品質(zhì)蒸汽管網(wǎng)之間的旁路系統(tǒng)等。以鍋爐過熱器出口為例，鍋爐產(chǎn)生蒸汽經(jīng)過熱器出口到汽輪機做功，汽輪機對于進入的蒸汽參數(shù)有個范圍要求，如果過熱器出口的蒸汽參數(shù)超出汽輪機所要求的高限，就會對汽輪機造成損壞，所以必須用減溫減壓器將參數(shù)調(diào)整至適用范圍以內(nèi)。該文結(jié)合工程實踐，著重闡述減溫減壓器系統(tǒng)的設(shè)置及工藝計算。

關(guān)鍵詞：減溫減壓器 減溫閥 安全閥 工藝計算

中圖分類號：TK223 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（a）-0153-02

減溫減壓器主要由控制系統(tǒng)、減壓裝置、減溫裝置及安全排放裝置組成，其主要的特點如下：（1）控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)采用高精度多功能數(shù)字控制器，具有強大的功能組件，有良好的人機界面和快速準(zhǔn)確的PID控制回路，實現(xiàn)智能化無人值守、可靈活調(diào)整參數(shù)設(shè)定，并可根據(jù)用戶要求進行功能擴展；（2）減壓裝置：蒸汽的減壓過程是由減壓閥及節(jié)流孔板的節(jié)流來實現(xiàn)的，其減壓級數(shù)由新蒸汽減壓后蒸汽壓力之差來決定。減壓閥的壓力調(diào)節(jié)是通過執(zhí)行器執(zhí)行機構(gòu)來完成，運行平穩(wěn)，壽命長，根據(jù)二次蒸汽設(shè)定值要求，無論一次蒸汽壓力如何波動，均能保持二次蒸汽壓力穩(wěn)定；（3）減溫裝置：用航空動力學(xué)技術(shù)專門設(shè)計的減溫水霧化裝置，采用流體自身動力降低設(shè)備功耗，減溫水被霧化噴嘴粉碎成霧狀水珠與一次蒸汽混和，吸收一次蒸汽顯熱并汽化，從而達到降低一次蒸汽溫度的作用。（4）安全排放裝置：減溫減壓器雖然結(jié)構(gòu)及原理簡單，但根據(jù)其應(yīng)用的場合，決定了安全排放系統(tǒng)對于熱力管網(wǎng)及設(shè)備的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要，安全排放裝置主要由蒸汽安全閥、排放消音器等設(shè)備組成。

我們以鎮(zhèn)海煉化100萬噸/年乙烯工程動力中心項目內(nèi)的一臺250t/h超高/高壓減溫減壓器為例，著重討論減溫減壓器系統(tǒng)的設(shè)置、選型及計算。鎮(zhèn)海煉化100萬噸/年乙烯工程動力中心項目中機爐配置為5×410t/h（超高壓CFB鍋爐）+4×50MW（雙抽凝汽式汽輪發(fā)電機組），總裝機容量200MW。主要蒸汽管網(wǎng)等級有：超高壓蒸汽SHP：12.3MPa（G），535℃；高壓蒸汽HS：4.6MPa（G），405℃；中壓蒸汽MS：1.8MPa（G），305℃。

減溫減壓器設(shè)置主要有：2臺250t/h超高/高壓減溫減壓器，1臺200t/h高/中壓減溫減壓器，1臺60t/h啟動減溫減壓器。雙抽冷凝式汽輪機一級工業(yè)可調(diào)抽汽（4.6MPa（G），405℃）正常工況抽汽量為70t/h，最大抽汽量120t/h；對于此等級的汽輪機旁路，我們設(shè)置了兩臺250t/h超高/高壓減溫減壓器，動力中心正常運行工況下，兩臺減溫減壓器均處于關(guān)閉的熱備狀態(tài)，因為本項目設(shè)置4臺50MW汽輪機，故對于正常的熱負(fù)荷波動，運行上的調(diào)整可以做到很靈活，當(dāng)一臺汽輪機發(fā)生故障跳車情況下，減溫減壓器可不啟動，其他三臺汽輪機完全可變工況運行，不會影響到動力中心向外供熱，當(dāng)一臺汽輪機停車檢修，另一臺汽輪機突然跳車的情況下，才需投用減溫減壓器，補充兩臺汽輪機的供熱負(fù)荷。下面我們結(jié)合此工程就減溫減壓器系統(tǒng)的各裝置的設(shè)置及計算進行系統(tǒng)的討論。

250t/h超高/高壓減溫減壓器參數(shù)：一次蒸汽：操作壓力12.3MPa（G），操作溫度535℃；二次蒸汽：操作壓力4.6MPa（G），操作溫度405℃；減溫水：操作壓力6.0MPa（G），操作溫度158℃。

1 減壓裝置

減壓裝置現(xiàn)在通常是利用減壓閥進行減壓，應(yīng)用于此裝置的減壓閥一般有角式和直通型兩種，就此減溫減壓器而言，因為閥門兩端壓差較大，達到7.7MPa，選擇角式減壓閥不但有利于壓力的調(diào)節(jié)，更有利于減溫水的汽化過程，這點我們將在下面介紹。

2 減溫裝置

減溫裝置通常的形式主要有一體式減溫閥，分體式減溫閥兩種；一體式的減溫閥所具有的優(yōu)點在于檢修與安裝都十分方便，但由于此種減溫閥的噴嘴與套筒部分筒體都處于被減溫的高溫蒸汽之中，而被減溫蒸汽的溫度又遠高于減溫水的飽和溫度，通過套筒筒體的傳熱，部分減溫水已經(jīng)在筒體內(nèi)部汽化，由于一般減溫水都有著很高的壓力，產(chǎn)生的氣泡被壓縮到很小，但隨著減溫水經(jīng)噴嘴噴注到蒸汽管道中后，蒸汽的壓力小于減溫水的壓力，小氣泡在極短的時間內(nèi)在噴嘴出口處擴容，釋放的能量較大，長期運行的結(jié)果是減溫閥的噴嘴部分磨損很嚴(yán)重，影響減溫水的霧化效果。分體式減溫閥是由減溫水調(diào)節(jié)閥外加一個插入被減溫管道的噴嘴共同組成。（見圖1）

本項目采用的減溫裝置是由一個單獨設(shè)置在減溫減壓器外部的減溫水調(diào)節(jié)閥與設(shè)置在減溫減壓器本體尾部的環(huán)狀減溫水噴嘴組成，一次蒸汽水平進，二次蒸汽下出。（見圖2）

其優(yōu)點是有效的控制了減溫水在噴嘴內(nèi)部的汽化，多噴嘴在減溫段噴射，保證減溫水與一次蒸汽的充分混合，再結(jié)合角式減壓裝置，即使在蒸汽流速較低的情況下，減溫水在與一次蒸汽混合后向下流動，也可有效的控制低溫的減溫水汽化之前由于重力的因素與高溫的管道內(nèi)壁接觸而產(chǎn)生管道材料的淬脆現(xiàn)象。

上面兩圖中，水平設(shè)置的減溫管道在蒸汽流速較低或者噴嘴霧化效果不佳的情況下極易產(chǎn)生金屬淬脆現(xiàn)象，長期將影響管道的安全運行。豎直設(shè)置的減溫管道減溫水小液滴隨二次蒸汽向下流動，可有效的避免未汽化的液滴與高溫金屬內(nèi)壁的接觸，從而減小發(fā)生金屬淬脆現(xiàn)象的產(chǎn)生。

接下來根據(jù)下式：

G2=G3（H1- H3）/（ H1- H2）

G2—減溫水流量；H2—減溫水焓；H1 —一次蒸汽焓；H3—二次蒸汽焓；G3—二次蒸汽流量。

根據(jù)250t/h的4.6MPa（G）、405℃二次蒸汽量，計算得到減溫水量為：20.2t/h；而后供貨商根據(jù)本設(shè)備所選噴嘴特性及霧化程度提供霧化后的減溫水所需汽化時間，根據(jù)二次蒸汽流速計算得到減溫混合段長度，對減溫減壓器后二次蒸汽管道進行設(shè)置。

3 安全排放裝置的選型和計算步驟主要有下面幾點

（1）減溫減壓器的安全閥其排放介質(zhì)為過熱蒸汽，我們一般應(yīng)選取全啟式安全閥。

（2）根據(jù)被保護管道的設(shè)計壓力確定安全閥的整定壓力。

高壓蒸汽管道設(shè)計壓力：5.2MPa（a）

安全閥整定壓力：Ps=5.2MPa（a）

積聚壓力Pa=0.03Ps=0.156 MPa（a）

最高泄放壓力：Pm=Ps+Pa=5.2+

0.156=5.356 MPa（a）

（3）確定安全閥泄放量。

因為減溫減壓器本身是由壓力調(diào)節(jié)閥與溫度調(diào)節(jié)閥組成，故其安全泄放量應(yīng)定性的確定為控制閥故障及減溫減壓器后系統(tǒng)閥門誤關(guān)閉兩種情況。

①減溫減壓器后系統(tǒng)閥門誤關(guān)閉工況時，其安全閥泄放量應(yīng)為被關(guān)閉管道的正常最大流量；

②控制閥故障工況時，其安全閥泄放量應(yīng)根據(jù)下式確定。

W—安全閥泄放質(zhì)量流量，kg/h；Cv1—控制閥的Cv值；Cv2—控制閥最小流量下的Cv值；Ph—高壓側(cè)工作壓力，MPa；Gg —汽相密度，kg/m3；T—泄放溫度，K。

但在熱電廠內(nèi)的減溫減壓器作為汽輪機旁路時，其控制方式與一般過程控制調(diào)節(jié)方式的不同之處在于其大多數(shù)情況不是持續(xù)的過程控制，而是作為事故工況下，比如抽凝式汽輪機跳車時，作為補充工業(yè)可調(diào)抽汽因抽凝機組跳車所損失的抽汽量的手段，故我認(rèn)為一般此類型減溫減壓器計算安全泄放量時可考慮將減溫減壓器二次蒸汽的最大流量作為其安全泄放量。

根據(jù)以上兩種工況，我們選定安全閥的泄放量為250t/h（二次蒸汽全量放空），但由于一般與界外整個化工裝置區(qū)域的管網(wǎng)相比，動力中心內(nèi)部管網(wǎng)總的容積并不大，這里考慮并聯(lián)兩臺125t/h排量的安全閥，且設(shè)置不同的整定壓力，使其在管道超壓時可依次起跳，以盡可能減小安全閥起跳對管網(wǎng)壓力的影響。

（4）根據(jù)泄放量計算安全閥的最小泄放面積。

根據(jù)美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)API RP-520中的規(guī)定首先應(yīng)判斷是否為臨界流動

Pb —安全閥背壓，MPa；Pcf— 臨界流動壓力，MPa；P— 泄放壓力，MPa；k—絕熱指數(shù)。

因安全閥后為接消音器排大氣，故根據(jù)安全閥泄放壓力計算屬臨界流動。氣體或蒸汽在臨界流動條件下的最小泄放面積：

a=

a—最小泄放面積，mm2；W—質(zhì)量泄放流量，kg/h；C0—流量系數(shù)，對于全啟式安全閥取C0=0.67；X—氣體特性系數(shù)，取349.4；P—泄放壓力，MPa；Kb—背壓修正系數(shù)，彈簧式安全閥取Kb=1.0；T—泄放溫度，K；Z—氣體壓縮因子；M—分子量，水蒸汽為18。

根據(jù)125t/h的泄放量，計算可得最小泄放面積為：a=7682.01mm2，故，安全閥喉徑為：d=98.90mm，根據(jù)計算出的喉徑，初步選取國標(biāo)安全閥，型號為：DN150 A48Y-64I，完成安全閥采購數(shù)據(jù)表。至此，關(guān)于減溫減壓器系統(tǒng)各裝置的設(shè)置及選型計算完成。

綜上所述，我們在鎮(zhèn)海煉化100萬噸/年乙烯工程動力中心內(nèi)所選擇的減溫減壓器為水平進下出的一體式減溫減壓器，減溫水調(diào)節(jié)閥至于減溫減壓器外部，一次蒸汽：操作壓力12.3MPa（G），操作溫度535℃，流量：229.8t/h；二次蒸汽操作壓力4.6MPa（G），操作溫度405℃，流量：250t/h；減溫水：操作壓6.0MPa（G），操作溫度158℃，流量：20.2t/h；減溫減壓器安全排放裝置選擇兩臺125t/h的安全閥，整定壓力分別為：Ps=5.2MPa（a）和Ps=5.1MPa（a），初部選取型號為：DN150 A48Y-64I。

參考文獻

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