國內外火力發電廠汽輪機防進水的設計

【摘要】隨著現代發電廠單機容量增加，主系統逐漸以單元的趨勢呈現，它擁有更加安全的機組。本文結合國內外火力發電廠汽輪機防進水原則與設計形式，對汽輪機進水事故和防進水設計進行了簡單的分析。

【關鍵詞】國內外火力；發電廠；汽輪機；防進水設計

隨著海外電力市場在國內的滲透，愈來愈多的電力承包商進入電力市場，國外業主將此標準定義為ASME標準。國內電力市場根據已有經驗依然使用國內標準，即使國內標準和ASME有很多相似的地方，但是在細節上還是存在差異。從現行的發電廠狀況來看：它具有系統單元化、容量增大、滑參數迅速啟停等優勢。隨著冷蒸、冷蒸流入汽機內部，即使時間很短，也可能造成較大的事故。對此，在工作中，我們必須做好電廠疏水的設計與審核工作。

1.水蒸汽來源

隨著科學技術的迅猛發展，水蒸汽應用得到了很大的推廣，其來源主要包含以下方面：

首先是主蒸汽與鍋爐，具體包含低負載、啟動式管道疏水，低載荷與啟動時的減溫水與運轉正常時的突降參數等，都可能出現汽輪進水。

其次，是自再熱蒸汽系統，包含熱再管道疏水、再熱減溫水等。

然后，是自抽汽回熱體系。該系統作為汽輪機預防進水的重點工作，汽輪進水的很大比例是加熱器滿水、疏水等造成的故障。

最后，是軸封蒸汽系統。它的防水任務只能在機務上進行，或者選擇沒有水的蒸汽源、更科學的管道進行布置，通過在蒸汽軸封管道上設置好節流孔板代替閥門，明確汽輪機與蒸汽管道之間的距離，以控制蒸汽損耗。

2.汽輪機出現事故的原因

汽輪機進水事故又稱汽輪機沖擊事故，它是蒸汽或者水進入汽輪機對結構造成的破損或者故障，甚至出現非計劃的停機。一旦汽輪機進水，它將對汽輪機造成嚴重的破壞，在汽輪機軸線上升的情況下，出現燒瓦的情況，甚至還會造成轉子變形，讓轉子內部動靜構件出現摩擦，出現葉片磨損、斷裂。磨損軸封很可能帶來嚴重的蒸汽泄露，或者破壞轉子。一旦大軸出現彎曲，必須對其進行大修，這樣不僅消耗較大，還會影響轉子使用周期。

汽輪機作為復雜、系統的旋轉類機械，高壓、高溫蒸汽是它的工作介質，任一與汽輪機在連接中出現故障，都可能讓汽輪機進水，一般情況下都是由外部管道入內。受維護、安裝、設計、制造等各種因素作用，機組各個熱力體系都存在問題，防進水功能存在嚴重缺陷。一般情況下，進水都是在機組啟停、荷載出現大幅度變化時出現。當然，正常情況下也可能進水。為此，在實際工作中，必須考慮到以上兩種情況，這樣才能優化防進水設計方案。

3.國內外火力發電廠汽輪機防進水設計的比較

在現行的工作中，很多國外企業結合施工標準，對防進水設計進行了一定的改良，利用個性化設計，讓其擁有更好的適應性。

3.1兩種標準對系統的要求

目前，國內大多數火力發電廠依據的依然是DL/T834-2003的冷蒸汽與汽輪機防進水準則，對疏水管道與熱力蒸汽設計。在設計中，它聯合了國內DL/T5054-196汽水管道設計中的技術規則。而美國的AMSE TDP-1-2006，利用汽輪機控制進水，則是當前國際上最低的實施標準。

DL/T834-2003火力發電廠制造的冷蒸汽與汽輪機防進水準則，仔細的闡述了疏水的最低點原則，疏水管徑最好使用DN50，閥門最好是手動閥門與動力操作常開，并且確保蒸汽輸水管的連接獨立。在概括技術的同時，整合DL/T5054-19汽水管道設計原則與技術要求，設計好管道的坡度安裝，并且整合熱態、冷態位移可能對坡度構成的影響。在對位移溫度和設計壓力進行計算時，一旦蒸汽管道的溫度大于等于430度，其放水最小坡度必須在0.004以上。

AMSE TDP-1-2006利用汽輪機避免進水損傷的要求，更多的包含了DL/T834-2003的相關要求，它具有很強的指導性，同時也明確定義了冷態與熱態區別。它們的差異是：TDP-1沒有推出疏水管尺寸，它只是要求疏水管的內部直徑必須大于等于25毫米；在對疏水點的設計中，必須明確冷態與熱態下的最低點。

3.2疏水點與坡度設計

在現實生活中，一旦過熱蒸汽的管架與水平管的過熱度大于83度，不得有坡度存在，為了確保管道分隔點與末端位置有充足的疏水，一般將汽輪機蒸汽連接的上下游控制在25米以內的管道內，在12米的區域設置疏水點和坡度。當管道不需要放坡時，在和汽輪機相距25米的區域安裝疏水罐。一般情況下，國內設計院在主蒸汽系統設計中，必須以全程放坡的形式，保障使用安全。西方國家考慮到它需要較大的造價成本與工程量，選用局部放坡，管架內部沒有水平布置的原則設計。

此次工程的氣管道在入口的前25米出設置了1.2度的坡度，在25米前一直使用的是平坡。經過運轉后，我們發現這種設計能夠得到比較理想的運行。它的運行狀況也說明了：主氣管道能夠使用水平設計，但是要求在蒸汽進入25米之外設置好坡度。鑒于此，國內存在保守值。從運行經驗反饋的信息來看：1.2度的坡度設置能夠滿足進防水要求。

對于旁路啟動的機組，國家規定使用DN50疏水管徑，整合實際經驗，國外一直使用的是不同形式的疏水罐。如：國外某項目在蒸汽入口管道最低點處，設置的管徑為150的疏水罐，下部設置的疏水罐主要用于疏水擴容，它的管徑為50.從應用反饋的信息來看：這種方式對避免汽輪機進水有很好的效果，同時還節省了施工成本。

3.3無低點疏水

在國外火力發電廠中，工程師普遍表示：將疏水罐應用到汽輪機防進水中有很好的現實意義。對于特殊的主蒸汽疏水，必須單獨設置疏水。需要注意的是：為了保障氣流方向與坡度方向一致，必須結合管道布置，適當的調整主汽閥最低點，將主汽閥與主氣管道之間的距離控制在20米以內，并且汽輪機制造商需要提前以書面的方式確立門閥疏水。在選用疏水閥時，當管徑在65毫米以上時使用Y型截止閥、閘閥、球閥具有很好的應用效果；當管不到50毫米時，使用球閥或者Y型截止閥。

3.4冷段系統與設計要求

在火力發電中，再熱熱段是動力性驅動蒸汽，國內疏水設計與美國標準幾乎一致，并且其主蒸汽管道與疏水設計相同。

國內專家認為：科學合理的疏水設計排除水源，對再熱冷段管道具有很強的現實意義。具體有兩種不同的疏水方式：其一，是典型再熱冷段管道疏水罐；其二是再熱冷段管道疏水筒。在美國的標準中，對于冷段管道，最大徑必須是超過150毫米的疏水罐，在設置水平裝置的同時，能夠排除并收集管道疏水。其尺寸設定，整合蒸汽流量的20%計算，絕對不能低于水位安裝需要的尺寸。

在布置疏水管線時，主蒸汽管道疏水不能與疏水管連接，當疏水管線壓力一致時，將其匯集在同樣的管道內部。另外，熱段、冷段也能匯聚在同一母管內部。

4.結語

針對國內火力發電汽輪機防水設計量化少、技術要求多的情況，必須掌握工程實際情況與運行環節，通過優化設計范圍，從源頭上增強防火設施的安全系數，節省成本。從國外閥門、疏水、坡度設計反饋的消息來看：國外設計更加合理、科學，值得我們不斷借鑒與學習。

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