電站汽機(jī)房內(nèi)蒸汽管道疏水方案優(yōu)化

李山林

摘 要：電廠蒸汽管道疏水系統(tǒng)設(shè)置的合理性對(duì)機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性尤為重要。本文針對(duì)某電廠原設(shè)計(jì)的輔助蒸汽系統(tǒng)疏水管道進(jìn)行優(yōu)化，提出根據(jù)疏水參數(shù)、疏水類型、運(yùn)行工況、系統(tǒng)功能等方面綜合考慮以確定各疏水流向，來說明電廠中普遍存在疏水設(shè)置的問題。

關(guān)鍵詞：汽機(jī)房;輔汽系統(tǒng);疏水流向;方案優(yōu)化

引言

疏水系統(tǒng)是整個(gè)電站熱力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，直接關(guān)系著機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。如果疏水系統(tǒng)不能正常操作與合理使用，將會(huì)使汽輪機(jī)本體及管道不能正常疏水，造成汽輪機(jī)汽缸進(jìn)水而引起轉(zhuǎn)子彎曲及動(dòng)靜部分摩擦，蒸汽管道在投入時(shí)也會(huì)因水沖擊產(chǎn)生較大震動(dòng)，造成設(shè)備損壞等惡性事故。疏水回收經(jīng)過處理可以繼續(xù)使用，參數(shù)較高的疏水可以先回收熱能，再處理作為除鹽水使用。所以疏水系統(tǒng)不但要設(shè)計(jì)合理，保證系統(tǒng)疏水暢通，而且在運(yùn)行中又要正確地操作，這是機(jī)組安全運(yùn)行的基本保障。對(duì)于疏水的研究，此前多偏重于疏水的設(shè)置合理性以及根據(jù)疏水參數(shù)來確定其排入情況，而忽視了疏水排向的研究，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行存有隱患。

1 蒸汽管道疏水類型及設(shè)置要求

疏水是蒸汽在管道內(nèi)因?yàn)閴毫Α囟认陆刀a(chǎn)生的凝結(jié)水。疏水應(yīng)及時(shí)排放，否則不僅吸收管內(nèi)蒸汽熱量、影響蒸汽流動(dòng)，嚴(yán)重的將會(huì)產(chǎn)生水擊現(xiàn)象，造成嚴(yán)重后果。

疏水種類繁多，按不同標(biāo)準(zhǔn)有不同的劃分方式。運(yùn)行中的首要原則是“按時(shí)疏水”，即：各種疏水隨著機(jī)組的啟停、負(fù)荷的增減按時(shí)開啟及關(guān)閉。按疏水時(shí)間和工況不同，疏水可分為自由疏水（也稱停機(jī)放水）、啟動(dòng)疏水（暫時(shí)）和經(jīng)常疏水（運(yùn)行中）。這里以此劃分介紹疏水系統(tǒng)的合理設(shè)置。自由疏水一般是鍋爐點(diǎn)火后機(jī)組啟動(dòng)暖管前開啟，其主要是上次機(jī)組啟停后存留管中的凝結(jié)水，多排至地溝或無壓放水管;啟動(dòng)疏水一般在機(jī)組啟動(dòng)前開啟，排除暖管及機(jī)組低負(fù)荷時(shí)的疏水，此時(shí)管道內(nèi)有一定的蒸汽壓力，而且疏水量也比較大，所有可能積水而又需要及時(shí)疏出的低位點(diǎn)均需設(shè)置啟動(dòng)疏水，同時(shí)，在裝設(shè)經(jīng)常疏水裝置處也應(yīng)裝設(shè)啟動(dòng)疏水;經(jīng)常疏水一般在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)開啟，蒸汽管道正常工作壓力下，在蒸汽過熱度偏低處將含有水分的蒸汽排掉，防止疏水聚集后引發(fā)事故，多設(shè)置于經(jīng)常處于熱備用狀態(tài)的設(shè)備進(jìn)汽管段的低位點(diǎn)和蒸汽不經(jīng)常流通的管道死端。電站汽機(jī)房內(nèi)的蒸汽管道主要集中在主汽及再熱系統(tǒng)、抽汽系統(tǒng)、輔汽系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)和汽機(jī)本體系統(tǒng)中。

2 電站管道優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

電站管道優(yōu)化是在已知參數(shù)的條件下，如何去更好的做好管道的設(shè)計(jì)，為管道設(shè)計(jì)獲得更好的優(yōu)化方法和理論。最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法可以根據(jù)管道設(shè)計(jì)實(shí)際問題，依據(jù)影響到電站管道設(shè)計(jì)的各個(gè)參數(shù)，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，再對(duì)建立好數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，得到適合的求解方法，通過將方法輸入到計(jì)算機(jī)中，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算的方法得到優(yōu)化的解。現(xiàn)階段在電站管道的設(shè)計(jì)方面，電站管道輸送的流體力學(xué)和熱力學(xué)模型已經(jīng)有很多，而且基本上可以滿足現(xiàn)有物質(zhì)輸送的設(shè)計(jì)要求，但是如果只注重水力和熱力兩個(gè)方面的影響，還是不夠的，還要考慮電站管道輸送經(jīng)濟(jì)性問題。在輸送總量一定的條件下，管道設(shè)計(jì)可以存在多個(gè)輸送和設(shè)計(jì)方案，如何在這些方案中，尋求最為經(jīng)濟(jì)有效的方案，就需要開展考慮到經(jīng)濟(jì)性條件下管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。將實(shí)際的電站管道問題化為抽象的數(shù)學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型建立的準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到求解結(jié)果的有效性和準(zhǔn)確性。為了最為經(jīng)濟(jì)有效的完成既定的輸送任務(wù)，需要對(duì)電站管道輸送的成本費(fèi)用分析，將電站管道在建設(shè)中用到成本，和電站管道在輸送過程中用到的成本相加，以它們兩者之和作為電站管道數(shù)學(xué)模型的目標(biāo)函數(shù)，建立考慮經(jīng)濟(jì)性條件下的電站管道輸送的數(shù)學(xué)模型。

3 對(duì)某電廠輔汽系統(tǒng)疏水管道的優(yōu)化

3.1 輔汽聯(lián)箱安全閥排汽管道（N1口接管）閥后疏水接至無壓放水母管，經(jīng)優(yōu)化，取消疏水管道上的關(guān)斷閥。安全閥只在特殊工況起跳時(shí)，排汽末端及疏水末端均為大氣壓，即兩路壓差相同，而由于疏水管道同排汽管道的管徑相差較大，疏水管道較排汽管道阻力大很多，排汽不會(huì)從疏水側(cè)漏斗排出，即疏水管道只會(huì)在安全閥回座時(shí)排放母管的疏水。故可取消疏水管路上的關(guān)斷閥。另，此處疏水不可接入擴(kuò)容器，因?yàn)槭杷當(dāng)U容器為負(fù)壓，接入后將影響凝汽器真空。

3.2 輔汽聯(lián)箱本體疏放水管道（N5口接管）分自由疏水、啟動(dòng)疏水和經(jīng)常疏水三路，優(yōu)化前將啟動(dòng)疏水和經(jīng)常疏水合并后引至擴(kuò)容器，自由疏水單獨(dú)引至無壓放水。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的經(jīng)常疏水排至疏水?dāng)U容器沒有問題，而考慮啟動(dòng)疏水去向時(shí)得綜合考慮機(jī)組的啟停過程，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)輔汽系統(tǒng)需首先啟動(dòng)，此時(shí)軸封系統(tǒng)尚未投運(yùn)，即凝汽器尚未建立真空，不能向凝汽器疏水，故此時(shí)的啟動(dòng)疏水只能排放至有壓放水母管?！峨姀S動(dòng)力管道設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50761-2012）出于簡化系統(tǒng)的考慮，建議將自由疏水和啟動(dòng)疏水合并（其余管路的自由疏水均取消），故優(yōu)化后的疏水只保留啟動(dòng)疏水和經(jīng)常疏水，分別排至無壓放水母管和擴(kuò)容器。

3.3 輔汽至除氧器管道（N3口接管）疏水為常規(guī)設(shè)置，經(jīng)常疏水和啟動(dòng)疏水合并后排至疏水?dāng)U容器。由于輔汽供除氧器前，軸封系統(tǒng)已經(jīng)投運(yùn)，故可將經(jīng)常疏水和啟動(dòng)疏水均排至凝汽器擴(kuò)容器。

3.4 冷段供輔汽（N2口接管）管道優(yōu)化前在氣動(dòng)關(guān)斷閥與止回閥間設(shè)置疏水點(diǎn)。由于冷段供聯(lián)箱管道只在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)動(dòng)作，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)氣動(dòng)關(guān)斷閥為關(guān)閉狀態(tài)，且由于止回閥的結(jié)構(gòu)特性，在氣動(dòng)關(guān)斷閥與止回閥間形成了低位點(diǎn)，需要設(shè)置疏水。從整個(gè)系統(tǒng)考慮，冷段供輔汽接出點(diǎn)為冷段止回閥后，且氣動(dòng)關(guān)斷閥為關(guān)斷狀態(tài)，已充分保證了汽機(jī)的安全，故優(yōu)化后取消該管道上的止回閥，即取消低位點(diǎn)的同時(shí)可取消疏水點(diǎn)。

3.5 輔汽聯(lián)絡(luò)管（N4口接管）優(yōu)化前將經(jīng)常疏水和啟動(dòng)疏水合并后排至疏水?dāng)U容器，即只考慮了單臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行情況，未從兩臺(tái)機(jī)組的啟停工況充分考慮。由于輔汽聯(lián)箱互為熱備用，以1#投運(yùn)，2#停運(yùn)為例，此時(shí)閥A開，閥B關(guān)。由于2#停運(yùn)，2#的凝汽器為停運(yùn)狀態(tài)，故靠近閥B的疏水接至2#的凝汽器擴(kuò)容器后會(huì)對(duì)擴(kuò)容器造成損壞。優(yōu)化后，將啟動(dòng)疏水和經(jīng)常疏水均改為排至各自機(jī)組的有壓放水母管。

4 結(jié)束語

蒸汽管道的自由疏水可以同啟動(dòng)疏水合并，無需再單獨(dú)設(shè)置。安全閥后疏水管由于管徑較母管相差很多，從阻力比的角度可無需在疏水管道上再設(shè)置關(guān)斷閥。在滿足規(guī)程的前提下疏水點(diǎn)應(yīng)盡可能少設(shè)置，可通過優(yōu)化系統(tǒng)減少疏水點(diǎn)，既簡化系統(tǒng)又節(jié)約投資。

參考文獻(xiàn)

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