300、600MW大型火电机组相对与小型火电机组蒸汽系统特设安全措施分析

周同盼 中国核电工程有限公司河北分公司

300、600MW大型火电机组相对与小型火电机组蒸汽系统特设安全措施分析

周同盼 中国核电工程有限公司河北分公司

300MW 、600MW大型火电机组因蒸汽系统设计参数远高于小型火电蒸汽系统参数，因此在主蒸汽管道，低温再热，高温再热管道，抽汽管道上相对于小型火电蒸汽系统增加了一些安全措施，以提高系统的安全性。

安全；安全阀；特殊功能支架；抽汽；汽轮机防超速和进水保护；逆止阀；平衡管

引言

300MW 、600MW大型火电机组的蒸汽系统与50MW小型火电机组的蒸汽系统因设计参数的差异，系统运行安全要求的提高，而导致两者在蒸汽系统的设置有很大区别。与小型火电机组相比，大型火电机组的主蒸汽系统、低温再热蒸汽和高温再热蒸汽系统、抽气系统增加了很多安全措施，以保证系统的运行安全。

一、高温高压蒸汽管道的安全阀设置与该段管道的保护

1) 高温高压蒸汽管道的安全阀设置

50MW小型火电机组的主蒸汽系统设计压力，温度较低，一般情况下在锅炉的汽包与过热器出口集箱上各设有2个安全阀，锅炉出口主蒸汽管道上并不设置安全阀。

如我公司设计的50MW西山热电工程，其主蒸汽管道参数为设计压力:9.81MPa(g)，设计温度:546℃。其系统如图1所示。

300MW 、600MW大型火电机组的蒸汽系统设计参数非常高。例如辽宁大唐国际锦州热电厂2×300MW供热机组，其主蒸汽管道参数为设计压力:17.5MPa (g)，设计温度:546℃，山西兆光2× 600MW超临界机组，其主蒸汽管道参数为设计压力:25.4MPa（g）额定温度:571℃。出于安全保护需要，锅炉汽包、锅炉过热器出口处的主蒸汽管道、再热器进出口的低温再热蒸汽和高温再热蒸汽管道上需设置安全阀及其它相应的安全措施。

锦州工程锅炉汽包系统设有3个弹簧式安全阀，过热器出口管道设有2个弹簧式安全阀和1个电磁泄压阀（PCV），再热器进口管道设有3个弹簧式安全阀，出口管道设有2个弹簧式安全阀。

锦州工程锅炉过热器出口管道上安全阀设置如图2所示。

两个弹簧安全阀和一个电磁自动泄压阀装在锅炉过热器出口的主蒸汽管道上，安全阀和泄压阀（PCV）均由锅炉制造厂提供。

图1

图2

安全阀的整定压力与锅炉压力部件的最大允许压力相一致。锅炉过热器出口主蒸汽管道上的安全阀与汽包上的安全阀为过热器和汽包提供超压保护。过热器出口安全阀的整定值低于汽包安全阀，以便超压时过热器出口安全阀的开启先于汽包安全阀，以保证安全阀动作时有足够的蒸汽流经过热器，防止过热器管束超温。锦州工程锅炉汽包上设有三个弹簧式安全阀，安全阀起座压力分别为19.81/20.21/20.4MPa(g)，安全阀回座压力为19.02MPa(g)。过热器出口管道设有两个弹簧式安全阀，安全阀起座压力分别为18.30/18.33MPa(g)，安全阀回座压力分为17.57/17.60MPa(g)。过热器出口主蒸汽管道上电磁泄压阀是作为过热器超压保护的附加措施，它并不符合ASME规范的要求。设置电磁泄压阀的目的是为了避免弹簧安全阀过于频繁动作，尽量减少弹簧安全阀动作频率，可以减少安全阀的维修工作量。所以电磁泄压阀的整定值低于弹簧安全阀的动作压力，而且允许人员可在控制室内操作。锦州工程泄压阀（PCV）起座压力为18.12MPa(g)，回座压力为17.76MPa(g)。电磁泄压阀前装一个隔离阀，以供泄压阀隔离检修。该阀在系统正常运行期间应处于开启状态。

低温再热蒸汽和高温再热蒸汽系统的安全阀设置与此类似。

2) 安全阀段主蒸汽管道的保护

装设在主蒸汽管道上的安全阀排汽时产生很大的排汽反力，若对安全阀排汽反力不采取措施，这些动荷载将传递到锅炉接口并引起管系振动，危及管系安全。

为保证系统的运行安全，一般采取以下几类安全措施:

——当安全阀接出管处管道无垂直热位移时，可在安全阀附近设刚性吊架。

——当安全阀接出管处管道垂直热位移向上时，可在安全阀附近设液压或机械阻尼器，此类阻尼器不妨碍管道的缓慢的热胀冷缩位移，但当安全阀动作时却能吸收其动荷载。

——当安全阀接出管处管道垂直热位移向下时，也可以用阻尼器来吸收安全阀动作时的动荷载，但阻尼器结构复杂，此时可采用一简单措施，即在安全阀附近的管道下方适当距离处设一刚性横担，该横担与其上方管道的距离等于管道上该点的热位移量，当管道在冷态位置时，该横担不承受任何荷载；当管道处于热态时，管道与横担正好接触，此时该横担的作用相当于刚性支架，安全阀排汽反力由该横担承受。

表1

——主蒸汽管道、高温再热蒸汽和低温再热蒸汽管道上安全阀所在段管道，采用厚壁加强管。

图3 为锦州工程锅炉过热器出口段主蒸汽管道安装图，其上的P502，503为安全阀点，P504为电磁泄压阀。该段管道力学报告如表1。

分析报告得知，该段管道热位移向上，依据安全保护要求，该段的5，6，8号支架设置为阻尼器支架，承受安全阀门排汽时对管道产生的动荷载，4，7号支架设置为弹簧支架，承受系统正常运行时管道上的工作荷载。

锦州工程安全阀自重191kg，排汽反力3900kgf，电磁泄压阀自重179kg，排汽反力8100kgf，为了减小排汽反力对管道的影响，本段管道规格由φ452.9x41.5调整为φ457X45，该段管道壁厚相对于其他管段增加了3.5mm，提高了主汽管道的安全性。

二、抽汽系统的汽机防进水保护措施

抽汽系统是引起汽轮机超速和进水的主要原因。汽机在甩负荷时，各加热器，尤其是除氧器的压力会大于汽缸，汽体反冲进汽缸后会使转子超速转动（因为此时，汽机不带动电动机，主汽阀关闭），对汽机造成伤害。另外，当甩负荷工况下加热器水侧漏水时，缸体内的压力低于加热器侧，水会进入缸体。

小型火电机组的调整、非调整抽汽管道一般只设一道气动逆止阀和一道电动隔离阀，如西山工程。西山工程调整抽汽管道上装设的是水压逆止门，低压加热器用汽管道上装设的是摇摆式逆止门。

图4 所示为西山工程抽汽系统。

30MW 、60MW机组因用汽点多，流量大，为提高系统的安全性，一般情况下，抽汽管道上均设有气动逆止阀和电动隔离阀，根据需要某些管道上设有两个串连的气动逆止阀和一道电动隔离阀。

图5 所示为兆光工程抽汽系统。

兆光工程采用七级非调整抽汽，其中高压缸两级抽汽、中压缸两级抽汽、低压缸三级抽汽，分别供至1号、2号、3号高压加热器、除氧器以及5号、6号和7号低压加热器。整个抽汽系统除位于排汽装置喉部的7号低压加热器的抽汽管道不设阀门外，其余抽汽管道上均设有气动逆止阀和电动隔离阀，气动逆止阀在前，电动隔离阀在后，均靠近汽轮机抽汽口布置。电动隔离阀作为防止汽轮机进水的一级保护，气动逆止阀作为防止汽轮机超速并兼作防止汽轮机进水的二级保护。逆止阀从防止汽机进水观点虽然能起到一定保护作用，但对逆止阀本身结构来说，不论摇摆式还是旋启式其阀座和阀芯表面均可能由于变形而关闭不严。因此，不能单独作为隔离阀用，一般仅用于快速动作，以防抽汽管道的蒸汽倒流造成汽轮机超速，同时作为防止汽轮机进水的二级保护。

图4 西山工程抽汽系统:

图5 兆光工程抽汽系统

图6

在逆止阀前、电动阀后、隔离阀和逆止阀之间均设有疏水管道，保证在启动和停机时水能够疏出，坡度考虑在两个阀门关闭后能够将管道的水从疏水点疏出。疏水点各自单独接至本体与疏水扩容器。疏水阀均为动力操作的。PN＞4.0的管道串联装设两个截止阀，PN＜2.5管道，只装设一个截止阀。所有气动疏水阀后疏水管道的管径应比阀前管道增大1～2级，以防阀后管道疏水汽化造成流动壅塞。

汽轮机中压缸的四段抽汽，用汽点多，流量大，除向除氧器提供加热蒸汽外，还向汽动给水泵汽轮机低压用汽和辅助蒸汽系统提供蒸汽，小机又接有高压蒸汽汽源（即再热冷段蒸汽）。在机组启动，低负荷运行，甩负荷或停机时，其它汽源蒸汽可能窜入四级抽汽管道，引起汽机超速的可能性较大。故四段抽汽总管上串联装设两个汽动逆止阀可起到双重保护作用。在去除氧器、小机低压用汽、辅助蒸汽系统的供汽分支管道上也分别设有逆止阀。

另外除氧器的加热蒸汽管线设备接口处设置了蒸汽平衡管，平衡管上设有单向阀，其开启方向为:从除氧器到蒸汽管线方向。正常工作时，蒸汽管线的压力高于除氧器内压力，单向阀关闭:在紧急情况下，如果除氧器内部压力高于外部蒸汽管线压力，蒸汽平衡管线上的单向阀开启，这样蒸汽管线内的压力和除氧器内部压力迅速达到平衡（过程如图6所示），以防止除氧器内部水的倒流，与主管上的逆止阀构成双重保护。

三、结论

综上所述，300MW、600MW大型火电机组的蒸汽系统因设计压力、温度、介质流量等远高于50MW小型火电机组，其安全要求更高，因此其在高温高压蒸汽系统设置上增加了安全阀，特殊功能支架、增加管道壁厚，在抽汽系统上增设了逆止阀、蒸汽平衡管等一些特别的安全措施，以保证电厂按安全可靠的运行。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.11.007