300、600MW大型火電機組相對與小型火電機組蒸汽系統特設安全措施分析

周同盼 中國核電工程有限公司河北分公司

300、600MW大型火電機組相對與小型火電機組蒸汽系統特設安全措施分析

周同盼 中國核電工程有限公司河北分公司

300MW 、600MW大型火電機組因蒸汽系統設計參數遠高于小型火電蒸汽系統參數，因此在主蒸汽管道，低溫再熱，高溫再熱管道，抽汽管道上相對于小型火電蒸汽系統增加了一些安全措施，以提高系統的安全性。

安全；安全閥；特殊功能支架；抽汽；汽輪機防超速和進水保護；逆止閥；平衡管

引言

300MW 、600MW大型火電機組的蒸汽系統與50MW小型火電機組的蒸汽系統因設計參數的差異，系統運行安全要求的提高，而導致兩者在蒸汽系統的設置有很大區別。與小型火電機組相比，大型火電機組的主蒸汽系統、低溫再熱蒸汽和高溫再熱蒸汽系統、抽氣系統增加了很多安全措施，以保證系統的運行安全。

一、高溫高壓蒸汽管道的安全閥設置與該段管道的保護

1) 高溫高壓蒸汽管道的安全閥設置

50MW小型火電機組的主蒸汽系統設計壓力，溫度較低，一般情況下在鍋爐的汽包與過熱器出口集箱上各設有2個安全閥，鍋爐出口主蒸汽管道上并不設置安全閥。

如我公司設計的50MW西山熱電工程，其主蒸汽管道參數為設計壓力:9.81MPa(g)，設計溫度:546℃。其系統如圖1所示。

300MW 、600MW大型火電機組的蒸汽系統設計參數非常高。例如遼寧大唐國際錦州熱電廠2×300MW供熱機組，其主蒸汽管道參數為設計壓力:17.5MPa (g)，設計溫度:546℃，山西兆光2× 600MW超臨界機組，其主蒸汽管道參數為設計壓力:25.4MPa（g）額定溫度:571℃。出于安全保護需要，鍋爐汽包、鍋爐過熱器出口處的主蒸汽管道、再熱器進出口的低溫再熱蒸汽和高溫再熱蒸汽管道上需設置安全閥及其它相應的安全措施。

錦州工程鍋爐汽包系統設有3個彈簧式安全閥，過熱器出口管道設有2個彈簧式安全閥和1個電磁泄壓閥（PCV），再熱器進口管道設有3個彈簧式安全閥，出口管道設有2個彈簧式安全閥。

錦州工程鍋爐過熱器出口管道上安全閥設置如圖2所示。

兩個彈簧安全閥和一個電磁自動泄壓閥裝在鍋爐過熱器出口的主蒸汽管道上，安全閥和泄壓閥（PCV）均由鍋爐制造廠提供。

圖1

圖2

安全閥的整定壓力與鍋爐壓力部件的最大允許壓力相一致。鍋爐過熱器出口主蒸汽管道上的安全閥與汽包上的安全閥為過熱器和汽包提供超壓保護。過熱器出口安全閥的整定值低于汽包安全閥，以便超壓時過熱器出口安全閥的開啟先于汽包安全閥，以保證安全閥動作時有足夠的蒸汽流經過熱器，防止過熱器管束超溫。錦州工程鍋爐汽包上設有三個彈簧式安全閥，安全閥起座壓力分別為19.81/20.21/20.4MPa(g)，安全閥回座壓力為19.02MPa(g)。過熱器出口管道設有兩個彈簧式安全閥，安全閥起座壓力分別為18.30/18.33MPa(g)，安全閥回座壓力分為17.57/17.60MPa(g)。過熱器出口主蒸汽管道上電磁泄壓閥是作為過熱器超壓保護的附加措施，它并不符合ASME規范的要求。設置電磁泄壓閥的目的是為了避免彈簧安全閥過于頻繁動作，盡量減少彈簧安全閥動作頻率，可以減少安全閥的維修工作量。所以電磁泄壓閥的整定值低于彈簧安全閥的動作壓力，而且允許人員可在控制室內操作。錦州工程泄壓閥（PCV）起座壓力為18.12MPa(g)，回座壓力為17.76MPa(g)。電磁泄壓閥前裝一個隔離閥，以供泄壓閥隔離檢修。該閥在系統正常運行期間應處于開啟狀態。

低溫再熱蒸汽和高溫再熱蒸汽系統的安全閥設置與此類似。

2) 安全閥段主蒸汽管道的保護

裝設在主蒸汽管道上的安全閥排汽時產生很大的排汽反力，若對安全閥排汽反力不采取措施，這些動荷載將傳遞到鍋爐接口并引起管系振動，危及管系安全。

為保證系統的運行安全，一般采取以下幾類安全措施:

——當安全閥接出管處管道無垂直熱位移時，可在安全閥附近設剛性吊架。

——當安全閥接出管處管道垂直熱位移向上時，可在安全閥附近設液壓或機械阻尼器，此類阻尼器不妨礙管道的緩慢的熱脹冷縮位移，但當安全閥動作時卻能吸收其動荷載。

——當安全閥接出管處管道垂直熱位移向下時，也可以用阻尼器來吸收安全閥動作時的動荷載，但阻尼器結構復雜，此時可采用一簡單措施，即在安全閥附近的管道下方適當距離處設一剛性橫擔，該橫擔與其上方管道的距離等于管道上該點的熱位移量，當管道在冷態位置時，該橫擔不承受任何荷載；當管道處于熱態時，管道與橫擔正好接觸，此時該橫擔的作用相當于剛性支架，安全閥排汽反力由該橫擔承受。

表1

——主蒸汽管道、高溫再熱蒸汽和低溫再熱蒸汽管道上安全閥所在段管道，采用厚壁加強管。

圖3 為錦州工程鍋爐過熱器出口段主蒸汽管道安裝圖，其上的P502，503為安全閥點，P504為電磁泄壓閥。該段管道力學報告如表1。

分析報告得知，該段管道熱位移向上，依據安全保護要求，該段的5，6，8號支架設置為阻尼器支架，承受安全閥門排汽時對管道產生的動荷載，4，7號支架設置為彈簧支架，承受系統正常運行時管道上的工作荷載。

錦州工程安全閥自重191kg，排汽反力3900kgf，電磁泄壓閥自重179kg，排汽反力8100kgf，為了減小排汽反力對管道的影響，本段管道規格由φ452.9x41.5調整為φ457X45，該段管道壁厚相對于其他管段增加了3.5mm，提高了主汽管道的安全性。

二、抽汽系統的汽機防進水保護措施

抽汽系統是引起汽輪機超速和進水的主要原因。汽機在甩負荷時，各加熱器，尤其是除氧器的壓力會大于汽缸，汽體反沖進汽缸后會使轉子超速轉動（因為此時，汽機不帶動電動機，主汽閥關閉），對汽機造成傷害。另外，當甩負荷工況下加熱器水側漏水時，缸體內的壓力低于加熱器側，水會進入缸體。

小型火電機組的調整、非調整抽汽管道一般只設一道氣動逆止閥和一道電動隔離閥，如西山工程。西山工程調整抽汽管道上裝設的是水壓逆止門，低壓加熱器用汽管道上裝設的是搖擺式逆止門。

圖4 所示為西山工程抽汽系統。

30MW 、60MW機組因用汽點多，流量大，為提高系統的安全性，一般情況下，抽汽管道上均設有氣動逆止閥和電動隔離閥，根據需要某些管道上設有兩個串連的氣動逆止閥和一道電動隔離閥。

圖5 所示為兆光工程抽汽系統。

兆光工程采用七級非調整抽汽，其中高壓缸兩級抽汽、中壓缸兩級抽汽、低壓缸三級抽汽，分別供至1號、2號、3號高壓加熱器、除氧器以及5號、6號和7號低壓加熱器。整個抽汽系統除位于排汽裝置喉部的7號低壓加熱器的抽汽管道不設閥門外，其余抽汽管道上均設有氣動逆止閥和電動隔離閥，氣動逆止閥在前，電動隔離閥在后，均靠近汽輪機抽汽口布置。電動隔離閥作為防止汽輪機進水的一級保護，氣動逆止閥作為防止汽輪機超速并兼作防止汽輪機進水的二級保護。逆止閥從防止汽機進水觀點雖然能起到一定保護作用，但對逆止閥本身結構來說，不論搖擺式還是旋啟式其閥座和閥芯表面均可能由于變形而關閉不嚴。因此，不能單獨作為隔離閥用，一般僅用于快速動作，以防抽汽管道的蒸汽倒流造成汽輪機超速，同時作為防止汽輪機進水的二級保護。

圖4 西山工程抽汽系統:

圖5 兆光工程抽汽系統

圖6

在逆止閥前、電動閥后、隔離閥和逆止閥之間均設有疏水管道，保證在啟動和停機時水能夠疏出，坡度考慮在兩個閥門關閉后能夠將管道的水從疏水點疏出。疏水點各自單獨接至本體與疏水擴容器。疏水閥均為動力操作的。PN＞4.0的管道串聯裝設兩個截止閥，PN＜2.5管道，只裝設一個截止閥。所有氣動疏水閥后疏水管道的管徑應比閥前管道增大1～2級，以防閥后管道疏水汽化造成流動壅塞。

汽輪機中壓缸的四段抽汽，用汽點多，流量大，除向除氧器提供加熱蒸汽外，還向汽動給水泵汽輪機低壓用汽和輔助蒸汽系統提供蒸汽，小機又接有高壓蒸汽汽源（即再熱冷段蒸汽）。在機組啟動，低負荷運行，甩負荷或停機時，其它汽源蒸汽可能竄入四級抽汽管道，引起汽機超速的可能性較大。故四段抽汽總管上串聯裝設兩個汽動逆止閥可起到雙重保護作用。在去除氧器、小機低壓用汽、輔助蒸汽系統的供汽分支管道上也分別設有逆止閥。

另外除氧器的加熱蒸汽管線設備接口處設置了蒸汽平衡管，平衡管上設有單向閥，其開啟方向為:從除氧器到蒸汽管線方向。正常工作時，蒸汽管線的壓力高于除氧器內壓力，單向閥關閉:在緊急情況下，如果除氧器內部壓力高于外部蒸汽管線壓力，蒸汽平衡管線上的單向閥開啟，這樣蒸汽管線內的壓力和除氧器內部壓力迅速達到平衡（過程如圖6所示），以防止除氧器內部水的倒流，與主管上的逆止閥構成雙重保護。

三、結論

綜上所述，300MW、600MW大型火電機組的蒸汽系統因設計壓力、溫度、介質流量等遠高于50MW小型火電機組，其安全要求更高，因此其在高溫高壓蒸汽系統設置上增加了安全閥，特殊功能支架、增加管道壁厚，在抽汽系統上增設了逆止閥、蒸汽平衡管等一些特別的安全措施，以保證電廠按安全可靠的運行。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.11.007