高壓加熱器疏水排氣系統(tǒng)管道設(shè)計分析

周 華， 沈勤峰

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

近年來我國火電機組主蒸汽壓力達到28～35 MPa、溫度達到600 ℃，再熱蒸汽溫度為610 ℃或620 ℃。作為回熱循環(huán)的一個重要部分，原高壓加熱器(簡稱高加)疏水管道的設(shè)計已不能滿足機組運行要求。

筆者依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范及標準，結(jié)合國內(nèi)1 000 MW、660 MW二次再熱機組的設(shè)計，從參數(shù)設(shè)定、管道布置及支吊架設(shè)置三方面對高加疏水管道及安全閥排氣管道設(shè)計進行了歸納總結(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，必須對介質(zhì)密度、保溫厚度、支吊架間距進行重新核算。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)計壓力及溫度

根據(jù)規(guī)程加熱器疏水管道設(shè)計壓力應(yīng)取汽輪機調(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。當管道中疏水靜壓引起壓力升高值大于抽汽壓力的3%時，應(yīng)考慮靜壓的影響。加熱器疏水管道設(shè)計溫度應(yīng)取該加熱器抽汽管道設(shè)計壓力對應(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)計溫度應(yīng)考慮部分蒸汽的存在，取抽汽設(shè)計溫度。

例如，某工程汽輪機在VWO工況下二級抽汽(靠近抽汽口)絕對壓力為6.67 MPa，則高加疏水管道設(shè)計壓力為7.23 MPa，大于0.1 MPa，符合要求。加熱器疏水管道設(shè)計溫度為設(shè)計壓力7.23 MPa所對應(yīng)的飽和溫度288.9 ℃。

1.2 正常疏水管道運行壓力及溫度

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

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

疏水調(diào)節(jié)閥前運行溫度近似取在VWO工況下疏水冷卻段至下一級加熱器疏水管道溫度。計算調(diào)節(jié)閥后運行溫度時，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)閥前運行壓力和溫度查出焓為1 087 kJ/kg，根據(jù)調(diào)節(jié)閥后運行壓力及焓得到調(diào)節(jié)閥后運行溫度。

1.3 危急疏水管道運行壓力及溫度

危急疏水管道是指當加熱器水位異常升高到設(shè)定值時，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容器。

危急疏水管道疏水調(diào)節(jié)閥前運行壓力近似取汽輪機在VWO工況下的抽汽(靠近加熱器口)壓力，運行溫度取運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容器運行壓力，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外置式蒸汽冷卻器疏水出口至同級高加疏水進口的管道。這部分工況較復雜，管道布置時通常設(shè)計成U形，運行時形成水封。外置式蒸汽冷卻器疏水出口管道溫度較高，高加進口部分管道溫度較低。設(shè)計時運行壓力近似取汽輪機在VWO工況下的抽汽(靠近抽汽口)壓力，運行溫度取運行壓力下的飽和溫度。在運用計算軟件進行計算時，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)點號4010～4150)，參數(shù)取抽汽參數(shù)，高加進口部分管道模擬成水(圖2節(jié)點號4150～4450)。U形管外置式蒸汽冷卻器疏水出口側(cè)水面應(yīng)低于高加進口高度。節(jié)點4010為外置式蒸汽冷卻器疏水出口，節(jié)點4450為高加進口。

圖2 外置式蒸汽冷卻器疏水管道計算圖

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)閥后疏水對管道沖刷非常嚴重，尤其是彎頭部位。在工程設(shè)計中，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。布置時注意兩點：一是調(diào)節(jié)閥后管道盡量短，調(diào)節(jié)閥盡量靠近疏水進口，減少二相流動的管線長度,并避免局部凸起和過多彎曲，有條件時調(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2600為凝汽器背包式擴容器接口,節(jié)點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)閥一般采用氣動執(zhí)行機構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu)尺寸較大，長度可達1.6 m，加上執(zhí)行機構(gòu)的運行行程，所占空間較大。當執(zhí)行機構(gòu)豎直布置時，須要考慮執(zhí)行機構(gòu)是否與上方管道相碰；當執(zhí)行機構(gòu)水平布置時，須要考慮執(zhí)行機構(gòu)是否與周圍管道相碰。設(shè)計時必須考慮執(zhí)行機構(gòu)方向，在三維模型中調(diào)整好，見圖5。

EL—管道中心標高

正常疏水管道進入下一級加熱器時，如果接口在加熱器上方，接口處垂直管道不宜太長，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。

2.3 加熱器安全閥排氣管道

為了保護加熱器的安全，高加殼體均裝有彈簧安全閥，在加熱器超壓時進行泄壓。加熱器安全閥排氣管道布置時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)計時安全閥閥后管道為不規(guī)則角度，現(xiàn)場可能無法安裝，假設(shè)安全閥法蘭有8個法蘭孔，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，當疏水發(fā)生部分汽化時，形成的汽液兩相流對管道產(chǎn)生脈動激擾，引起管道系統(tǒng)振動。因此必須合理設(shè)置支吊架，在管道補償應(yīng)力允許及接口推力與力矩滿足要求的條件下，適當裝設(shè)固定、導向支架，提高管道剛度。

正常疏水管道一般不長，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。首先應(yīng)選擇熱位移較小點設(shè)置固定支架，并限制了該點管道6個方向的自由度，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)，適當增設(shè)水平方向約束，特別是調(diào)節(jié)閥附近。有條件時在調(diào)節(jié)閥附近設(shè)置導向支架，見圖7(a)(節(jié)點4500為凝汽器背包接口)；如果水平管較長，而閥門附近管道較短無法設(shè)置導向支架時，可設(shè)置軸向限位支架，見圖7(b)(節(jié)點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)置時沒有剛性吊架或支架，當安全閥動作，管道支吊架不能承受安全閥動作反力。實踐中加熱器安全閥出口第一個彎頭處不易設(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向支架，管部與根部不焊接。固定支架及屋面處的導向支架設(shè)計時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)計的注意點，避免易錯問題發(fā)生，正確擬定設(shè)計參數(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)場安裝問題，提升設(shè)計質(zhì)量，提高工作效率。