閉式膨脹水箱的容積計算

陳 雯，林再江，武 宇

國核電力規劃設計研究院，北京 100094

0 引言

汽輪機廠房閉式冷卻水系統用來給汽機房內各輔機設備換熱器提供可靠的冷卻水。該系統是一個閉環冷卻回路，用開式冷卻水系統中的水流經閉式循環冷卻水熱交換器來冷卻閉式循環冷卻水系統中的冷卻水。

閉式膨脹水箱是閉式循環水系統的重要組成部分，選用合理大小的閉式膨脹水箱對系統安全穩定的運行有著至關重要的作用。

1 閉式膨脹水箱的作用

膨脹水箱一般可分為閉式水箱和開式水箱兩類。電廠用膨脹水箱多為開式水箱，與大氣連通，起到穩壓的作用。閉式膨脹水箱吸收由于系統溫度變化產生的閉式水的膨脹或收縮。閉式膨脹水箱上的水位儀表和報警裝置監測和控制水箱水位，并能檢測出系統的泄漏情況。

閉式膨脹水箱的具體作用如下：

1）位于整個系統的最高點，從而保持閉式水系統充滿除鹽水；2）膨脹水箱連接在閉式泵進口附近的系統回水管上，能夠在泵的進口處形成一個近于恒定的壓頭，防止閉式泵發生氣蝕；3）膨脹水箱能接受DWS和凝結水補水，補充TCS系統向外界的泄漏。

2 膨脹水箱的容積計算

2.1 假定條件

閉式膨脹水箱為碳鋼結構的圓柱形立式容器，上部為橢球型封頭，下部為平底。

閉式膨脹水箱的大小應能保證在正常水位下運行時，系統溫度從最低變化到最高，或者反向變化，不會引起水位達到高或者低水位報警設定值。此外，在低—低水位或高—高水位報警設定值下運行時，仍有足夠的剩余水量或者膨脹空間，在最大的溫度變化下不會排空或者溢流。

2.2 變化的水容積計算

1)初始條件

初始溫度由汽機房內最低環境溫度決定，為T1；對應的水的初始密度ρ1；

最終溫度由閉式水系統的最高回水溫度決定，為T2；對應的水的最終密度ρ2；

汽機房內閉式水的總容積為Vf；

膨脹水箱的內徑假定為Di；

膨脹水箱與大氣連通，運行壓力為： 0.1013MPa；

膨脹水箱水位以上留有Hm的高度。

2）膨脹水箱的容積計算

根據以上假設條件，可以得到以下結論：

熱膨脹系數為： （ρ1-ρ2）/ρ2

系統中水容積的變化為: △V=Vf×（ρ1-ρ2）/ρ2

膨脹水箱總容積為: V= △V +Vm

3 實際案例

實際案例中，很多電廠根據需要會制定一些符合自身運行安全的規則.以下以某電站為例，進一步討論閉式膨脹水箱容積的計算方法。

3.1 前提條件

膨脹水箱的容量選擇時取10%裕量。

膨脹水箱在正常低水位下運行時，若補水中斷，膨脹水箱應有補充系統30min正常泄漏量的能力。

補水閥故障關閉時，膨脹水箱到達低水位發出報警后，運行人員能在30min內打開補水旁路閥。

3.2 計算方法

膨脹水箱內的初始溫度：Ti=10 ℃

膨脹水箱內的最終溫度： Tf=44℃

閉式水的總容積Vf由閉式水系統管道ISO圖和閉式水用戶設備圖紙得出：

Vf=320m3

考慮的閉式循環冷卻水系統泄漏量： 閉式水量的0.5%

閉式水量：3 471.9m3/h

在正常低水位下運行時，膨脹水箱應有補充系統30min的正常泄漏量的能力，即：

Vmin=0.5×3 471.9×0.5% =8.68m3

膨脹水箱與大氣連通，運行壓力為：0.1013MPa

膨脹水箱的內徑假定為Di=2.5m

膨脹水箱水位以上留有Hm=0.6m的高度，用于安裝溢流水管道、液位裝置等，即膨脹水箱上部留有空置容積：

3.3 計算結果

根據最終比容ρf=990.628kg/m3熱膨脹系數是=0.916%

低—低水位時閉式膨脹水箱內水容積VL-L，應不小于由于熱膨脹產生的體積變化：

VL-L≥Vth=Vf×0.916%=2.93m3

因此，高水位時膨脹水箱內的水容積是：

VH=Vth+Vmin =2.93+8.68=11.61m3

高-高水位時膨脹水箱內的水容積：

VH-H=VH+Vth=11.61+2.93=14.54m3

膨脹水箱筒身容積為：

Vc=VH-H+Vm=14.54+2.94=17.48m3

考慮留有10%的裕量，膨脹水箱容積選為：

Vx=1.1×Vc =19.23m3

4 結論

閉式膨脹水箱的容積計算在電廠機務設計中非常重要，它決定了膨脹水箱的選型及閉式水系統能否安全穩定的運行。本文著重探討了閉式膨脹水箱的容積、選型和設計中應注意的一些問題。

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