鋼鐵企業(yè)自備電廠高壓加熱器緊急放水系統(tǒng)的選擇與分析

陳麗

（重慶賽迪熱工環(huán)保工程技術(shù)有限公司，重慶 401122）

前言

高壓加熱器緊急放水系統(tǒng)在高壓加熱器因管子破裂，大量給水進(jìn)入殼側(cè)，造成高水位時(shí)，能自動(dòng)開啟緊急放水閥，以維持高壓加熱器的正常水位，防止給水倒流入汽輪機(jī)對(duì)設(shè)備造成損壞。鋼鐵企業(yè)自備電廠的中、小型機(jī)組的高壓加熱器緊急放水閥大多采用電動(dòng)閥，當(dāng)電動(dòng)閥開啟時(shí)，大量的高能熱水將瞬間導(dǎo)入下游系統(tǒng)中，為了保證管道的流通能力，應(yīng)對(duì)高壓加熱器緊急放水量進(jìn)行合理的選擇。高壓加熱器緊急放水的去處也應(yīng)根據(jù)鋼廠自備電廠占地緊張的特點(diǎn)進(jìn)行合理的選擇。

1 鋼鐵企業(yè)自備電廠典型給水加熱系統(tǒng)

隨著高參數(shù)、小型化發(fā)電技術(shù)的推廣，鋼鐵企業(yè)自備電廠的機(jī)組參數(shù)已不再局限于傳統(tǒng)的中溫中壓或高溫高壓。目前，高溫超高壓機(jī)組作為成熟技術(shù)，在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用最為廣泛。

高溫超高壓汽輪機(jī)的給水加熱系統(tǒng)通常設(shè)置為兩級(jí)高壓加熱器，見圖1所示。

圖1 給水加熱系統(tǒng)圖

《火力發(fā)電廠汽輪機(jī)防進(jìn)水和冷蒸汽導(dǎo)則》（DL/T 834-2003）（以下簡(jiǎn)稱《導(dǎo)則》），提出了三項(xiàng)獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)：

（1）正常水位控制的加熱器汽側(cè)自動(dòng)疏水系統(tǒng)；

（2）由高水位、超高水位控制的事故放水和加熱器汽側(cè)隔離系統(tǒng)；

（3）由高水位、超高水位控制的事故放水和加熱器水側(cè)隔離系統(tǒng)。

以鋼鐵企業(yè)自備電廠的典型給水加熱系統(tǒng)為例，通常采用（1）+（2）+（3）的汽、水側(cè)隔離系統(tǒng)作為防止給水倒流入汽輪機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)。相關(guān)的報(bào)警及閥門動(dòng)作如下。

（1）高水位報(bào)警

當(dāng)加熱器水位升高至高水位時(shí)，正常疏水閥組及緊急放水閥組均開啟。

（2）超高水位報(bào)警

當(dāng)加熱器水位升高至超高水位時(shí)，則水位保護(hù)動(dòng)作，水側(cè)旁路閥門開啟，加熱器進(jìn)出水閥門及汽側(cè)進(jìn)汽閥門均關(guān)閉。

由以上的保護(hù)系統(tǒng)可知，緊急放水主要解決高水位的問題。當(dāng)加熱器水位進(jìn)一步升高時(shí)，則由快速關(guān)閉汽、水側(cè)閥門來避免汽輪機(jī)進(jìn)水。

2 高壓加熱器緊急放水量的計(jì)算

《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T5054-2016）（以下簡(jiǎn)稱《管規(guī)》）第9.3.6 條文如下：給水加熱器緊急放水量應(yīng)取下列二者較大值，并加上10%的裕度：

1）不小于最大負(fù)荷下管側(cè)給水流量的10%。

2）一根加熱器管子可按兩個(gè)斷口破裂流出的水量考慮，可按下式計(jì)算：

式中：Q——一根管子破裂流出的水量，m3/h；

Di——管子公稱內(nèi)徑，mm；

Pt——管側(cè)設(shè)計(jì)壓力，MPa；

Ps——?dú)?cè)設(shè)計(jì)壓力，MPa。

且《管規(guī)》第9.3.6條文說明中：上式是在斷口流量系數(shù)取0.9，水溫為20℃時(shí)得出的。因此，在實(shí)際計(jì)算中應(yīng)考慮溫度修正[1]，以上公式可寫為：

式中：ρ——高壓加熱器管程設(shè)計(jì)溫度下的液相密度，kg/m3。

某鋼廠自備電廠有一套135MW 高溫超高壓機(jī)組，有兩級(jí)高壓加熱器。按最大負(fù)荷管側(cè)給水流量的10%計(jì)算出緊急放水的流量為Qm=44t/h。

按一根管子同時(shí)破裂（兩個(gè)斷口）時(shí)流出的水量計(jì)算出緊急放水的流量，相關(guān)的計(jì)算數(shù)據(jù)如表1。

表1 按一根管子同時(shí)破裂（兩個(gè)斷口）時(shí)流出的水量計(jì)算

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可知，每一級(jí)高壓加熱器的緊急放水量均應(yīng)以一根管子同時(shí)破裂（兩個(gè)斷口）時(shí)流出的水量設(shè)計(jì)基準(zhǔn)值，并考慮10%的富裕量，作為加熱器的緊急放水量。

3 高壓加熱器緊急放水的連接系統(tǒng)

關(guān)于高壓加熱器緊急放水的去處，《管規(guī)》的條文如下：給水加熱器的緊急放水應(yīng)單獨(dú)引至高壓加熱器緊急疏水?dāng)U容器或凝汽器等?！秾?dǎo)則》的條文如下：加熱器事故疏水管單獨(dú)布置，不應(yīng)合并為一路，推薦排入a）凝汽器；b）專用的疏水?dāng)U容器，其工質(zhì)可回收或不回收。另外，1996 版《管規(guī)》的條文說明中提到“對(duì)于中、小型機(jī)組，加熱器緊急放水，在工程設(shè)計(jì)中一般都排至定期排污擴(kuò)容器或引至循環(huán)水吸水口處?！币虼耍壳爸?、小型機(jī)組的高壓加熱器緊急放水的去處主要有凝汽器、高加緊急疏水?dāng)U容器、定期排污擴(kuò)容器。下面具體進(jìn)行分析。

3.1 高壓加熱器緊急放水引至凝汽器

高壓加熱器緊急放水引至凝汽器的系統(tǒng)簡(jiǎn)單，環(huán)節(jié)少，管路短，是最佳的高壓加熱器緊急放水系統(tǒng)。在工程設(shè)計(jì)中，根據(jù)美國HEI《表面式凝汽器》中5.4.3 的要求，合理設(shè)計(jì)消能裝置，使排入凝汽器的高能熱水壓力控制在1.72 MPa，且將事故放水閥盡可能布置在凝汽器附近。

3.2 高壓加熱器緊急放水引至高加緊急疏水?dāng)U容器

高壓加熱器緊急放水引至高加緊急疏水?dāng)U容器的系統(tǒng)，需要單獨(dú)設(shè)置一個(gè)擴(kuò)容器，該擴(kuò)容器設(shè)有噴水，容器內(nèi)不易超溫超壓，因此安全可靠。但是，鋼廠自備電廠用地緊張，因此汽機(jī)廠房的布置非常緊湊，汽機(jī)島周圍布置的管道和設(shè)備已經(jīng)非常多，該擴(kuò)容器需布置在凝汽器附近，排汽管與凝汽器上部連接，使得汽機(jī)島下的空間極為擁擠。

3.3 高壓加熱器緊急放水引至定期排污擴(kuò)容器

高壓加熱器緊急放水引至定期排污擴(kuò)容器的系統(tǒng)，系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，緩解了汽機(jī)島附近設(shè)備管道布置的壓力。但是，采用該系統(tǒng)時(shí)需注意以下問題。

（1）需要增加定期排污擴(kuò)容器的容積，以容納該部分排水；

（2）高壓加熱器和定期排污擴(kuò)容器的位置不宜過遠(yuǎn)；

（3）高壓加熱器緊急放水接入定期排污擴(kuò)容器前，應(yīng)在靠近容器處設(shè)止回閥，防止容器內(nèi)二次蒸汽倒流至放水管道中；

（4）排水管道規(guī)格的選用要充分考慮汽水兩相流動(dòng)；

（5）排水管道上應(yīng)設(shè)有排水點(diǎn)，每次緊急放水啟動(dòng)結(jié)束后，及時(shí)排出管內(nèi)余水，避免下次緊急放水啟動(dòng)時(shí)，大量熱水沖擊管內(nèi)冷水而造成管道振動(dòng)。

4 結(jié)論

在鋼鐵企業(yè)的高壓加熱器緊急放水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)按溫度修正后的公式計(jì)算放水量，并根據(jù)汽機(jī)房布置緊湊的特點(diǎn)，盡可能選用高壓加熱器緊急放水引至凝汽器的系統(tǒng)。