高压加热器疏水排气系统管道设计分析

周 华， 沈勤峰

(中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司， 上海 200063)

近年来我国火电机组主蒸汽压力达到28～35 MPa、温度达到600 ℃，再热蒸汽温度为610 ℃或620 ℃。作为回热循环的一个重要部分，原高压加热器(简称高加)疏水管道的设计已不能满足机组运行要求。

笔者依据现行规范及标准，结合国内1 000 MW、660 MW二次再热机组的设计，从参数设定、管道布置及支吊架设置三方面对高加疏水管道及安全阀排气管道设计进行了归纳总结，并提出了解决方法。

1 参数设定

调节阀后的疏水管道温度、压力算法不一，修改较多，必须对介质密度、保温厚度、支吊架间距进行重新核算。高加疏水系统流程图见图1 。

图1 高加疏水系统流程图

1.1 设计压力及温度

根据规程加热器疏水管道设计压力应取汽轮机调节阀全开(VWO)工况下抽汽压力的1.1倍，且不小于0.1 MPa。当管道中疏水静压引起压力升高值大于抽汽压力的3%时，应考虑静压的影响。加热器疏水管道设计温度应取该加热器抽汽管道设计压力对应的饱和温度[1]。

引入外置式蒸汽冷却器，加热器疏水管道的设计压力、温度选取方法不变；但是蒸汽冷却器到加热器的疏水管道设计温度应考虑部分蒸汽的存在，取抽汽设计温度。

例如，某工程汽轮机在VWO工况下二级抽汽(靠近抽汽口)绝对压力为6.67 MPa，则高加疏水管道设计压力为7.23 MPa，大于0.1 MPa，符合要求。加热器疏水管道设计温度为设计压力7.23 MPa所对应的饱和温度288.9 ℃。

1.2 正常疏水管道运行压力及温度

正常疏水管道是指高加疏水(疏水段接口)逐级疏至下一级高加，最后输入除氧器的管道。

正常疏水管道疏水调节阀前运行压力近似取汽轮机在VWO工况下的抽汽(靠近加热器口)压力，调节阀后运行压力近似取在VWO工况下的下一级抽汽(靠近加热器口)压力。根据热平衡，二级抽汽(靠近加热器口)压力为6.48 MPa，三级抽汽(靠近加热器口)压力为3.64 MPa。

疏水调节阀前运行温度近似取在VWO工况下疏水冷却段至下一级加热器疏水管道温度。计算调节阀后运行温度时，可将疏水调节阀看作节流元件，等焓考虑，根据调节阀前运行压力和温度查出焓为1 087 kJ/kg，根据调节阀后运行压力及焓得到调节阀后运行温度。

1.3 危急疏水管道运行压力及温度

危急疏水管道是指当加热器水位异常升高到设定值时，紧急排出疏水的管道。管道一般从加热器的危急疏水接口(凝结段)接入凝汽器疏水立管或凝汽器背包式扩容器。

危急疏水管道疏水调节阀前运行压力近似取汽轮机在VWO工况下的抽汽(靠近加热器口)压力，运行温度取运行压力下的饱和温度。疏水调节阀后压力应为凝汽器疏水立管或背包式扩容器运行压力，一般取0.30～0.35 MPa。

1.4 蒸汽冷却器的危急疏水管道压力及温度

蒸汽冷却器的危急疏水管道指同级外置式蒸汽冷却器疏水出口至同级高加疏水进口的管道。这部分工况较复杂，管道布置时通常设计成U形，运行时形成水封。外置式蒸汽冷却器疏水出口管道温度较高，高加进口部分管道温度较低。设计时运行压力近似取汽轮机在VWO工况下的抽汽(靠近抽汽口)压力，运行温度取运行压力下的饱和温度。在运用计算软件进行计算时，外置式蒸汽冷却器疏水出口管道介质模拟成气体(图2中节点号4010～4150)，参数取抽汽参数，高加进口部分管道模拟成水(图2节点号4150～4450)。U形管外置式蒸汽冷却器疏水出口侧水面应低于高加进口高度。节点4010为外置式蒸汽冷却器疏水出口，节点4450为高加进口。

图2 外置式蒸汽冷却器疏水管道计算图

该工程高加疏水管道参数见表1。

表1 高加疏水管道参数

2 管道布置

疏水管道的布置重点考虑疏水的流畅及隔离阀、疏水调节阀的位置满足操作及检修的要求。

2.1 疏水调节阀后管道布置

调节阀后疏水对管道冲刷非常严重，尤其是弯头部位。在工程设计中，疏水调节阀后管道管径和壁厚放大一档，管道采用合金钢。布置时注意两点：一是调节阀后管道尽量短，调节阀尽量靠近疏水进口，减少二相流动的管线长度,并避免局部凸起和过多弯曲，有条件时调节阀后管道直接与加热器或凝汽器接口相接[2]，见图3(节点3500为凝汽器系统疏水立管接口)；二是将调节阀后的弯头改为三通来抵抗流体冲刷,三通堵封宜采用盲法兰，见图4(节点2600为凝汽器背包式扩容器接口,节点2420处为盲法兰)。

图3 疏水管道布置1

图4 疏水管道布置2

2.2 阀门布置

高加疏水调节阀一般采用气动执行机构，执行机构尺寸较大，长度可达1.6 m，加上执行机构的运行行程，所占空间较大。当执行机构竖直布置时，须要考虑执行机构是否与上方管道相碰；当执行机构水平布置时，须要考虑执行机构是否与周围管道相碰。设计时必须考虑执行机构方向，在三维模型中调整好，见图5。

EL—管道中心标高

正常疏水管道进入下一级加热器时，如果接口在加热器上方，接口处垂直管道不宜太长，否则阀门太高，不宜操作。凝汽器疏水立管或凝汽器背包式扩容器附近疏水阀门集中，应统一规划，并设置检修平台。

2.3 加热器安全阀排气管道

为了保护加热器的安全，高加壳体均装有弹簧安全阀，在加热器超压时进行泄压。加热器安全阀排气管道布置时要注意阀后管道的角度问题。安全阀通常采用法兰连接，法兰孔的位置限制了安全阀不可能以任意角度装。如果设计时安全阀阀后管道为不规则角度，现场可能无法安装，假设安全阀法兰有8个法兰孔，则阀后管道角度可为45°的倍数；如果法兰结构未知，排气管道宜采用与加热器轴线成90°布置。图6为安全阀管道布置。

图6 安全阀管道布置

另外，根据DL/T 5366—2014 《发电厂汽水管道应力计算技术规程》第7.3.4条，安全阀管道二次应力要求可适当放宽，建议不超过许用应力的115%。

3 支吊架设置

3.1 疏水管道支吊架设置

疏水管道上疏水调节阀前后存在一定的压差，当疏水发生部分汽化时，形成的汽液两相流对管道产生脉动激扰，引起管道系统振动。因此必须合理设置支吊架，在管道补偿应力允许及接口推力与力矩满足要求的条件下，适当装设固定、导向支架，提高管道刚度。

正常疏水管道一般不长，能设置刚性支吊架的地方全部设置成刚性，并根据主厂房梁柱结构及周围管道情况适当设置水平限位。

危急疏水管道从各加热器接至凝汽器附近，管道较长。首先应选择热位移较小点设置固定支架，并限制了该点管道6个方向的自由度，可使管道系统刚度有大幅度提高；然后根据主厂房梁柱结构，适当增设水平方向约束，特别是调节阀附近。有条件时在调节阀附近设置导向支架，见图7(a)(节点4500为凝汽器背包接口)；如果水平管较长，而阀门附近管道较短无法设置导向支架时，可设置轴向限位支架，见图7(b)(节点2500为凝汽器系统输水立管接口)。

图7 危急疏水管道支吊架设置

3.2 安全阀排气管道支吊架设置

安全阀排气管道支吊架设置时没有刚性吊架或支架，当安全阀动作，管道支吊架不能承受安全阀动作反力。实践中加热器安全阀出口第一个弯头处不易设置支撑支架，须要在安全阀排气管道穿楼板处考虑设置限位支架，在应力及接口推力与力矩满足要求的条件下，可设置为固定支架。另外在屋面处设置允许管道热胀的导向支架，管部与根部不焊接。固定支架及屋面处的导向支架设计时要考虑安全阀排气反向力。

4 结语

了解电厂高加疏水系统中管道设计的注意点，避免易错问题发生，正确拟定设计参数，合理规范布置管道设置支吊架，才能保证提供资料的准确率，保证图纸质量，减小校核、审核后的修改量，减少现场安装问题，提升设计质量，提高工作效率。