关于蒸汽母管憋压现象的探讨

关于蒸汽母管憋压现象的探讨王长友（本溪钢铁公司发电厂） 摘要: 本钢发电厂高压车间蒸汽母管系统的布局以及设备分布、运行条件使锅炉供汽参数与机组进汽参数存在较大的偏差，造成热能损失。本文分析了压力偏差产生的原因，从优化管道设计以及运行调整两个方面对解决蒸汽母管憋压的方案进行了探讨。关键词：蒸汽母管 压力偏差 管道优化设计 运行调整Steam pipe on the mother hold the phenomenon of pressureWANG Chang you (Benxi Iron and Steel plant)Abstract: Benxi Iron and Steel plant high-pressure steam home workshop system layout and equipment distribution, operating conditions for the boiler steam parameters and units into the steam parameters there is a big deviation, resulting in heat loss. This paper analyzes the causes of the pressure deviation, to solve the optimization of pipeline design and operation of the adjustment program was discussed.Key words: steam pressure deviation mother to optimize the design and operation of pipelines to adjust1蒸汽母管的“憋压”现象本钢发电厂高压车间锅炉向汽机供汽采用“母管制”运行。这种运行方式下各机组进汽压力比较稳定；设备投停切换比较灵活；可是现在的母管系统布局以及设备分布、运行条件使锅炉供汽参数与机组进汽参数主要是压力存在较大的偏差，造成热能损失。这种压力偏差在实际运行中被称为“憋压”现象。具体的说，所谓“憋压”现象是指：并列运行的几台汽轮发电机组有的进汽压力相对较高而有的机组进汽压力偏低；与母管相连的几台并列运行的锅炉，其中会有一台锅炉的蒸汽参数无法达到额定值，只能用来调整母管压力，该炉蒸汽参数若达到额定值，其余的锅炉蒸汽参数将会超过额定值。担负调整母管压力的锅炉被称为 “调汽炉”。2蒸汽母管“憋压”的原因： 2.1各机组与锅炉的距离以及各机组用汽量的差异每台锅炉所产出的蒸汽到各机组所经过的管道长度不同，所引起的沿程阻力损失不同。根据生产需要，25、26锅炉作为燃气炉，投入运行比较经济，且符合环保政策，需要经常投入运行；2124#锅炉是燃煤锅炉，一般情况下投入两台，其余两台或者备用或者检修。24机用汽量较少; 23#机经常作为备用不投入运行， 21#、22#机用汽量较大，而25#、26#锅炉向21#、22#机输送蒸汽的管线较长，输送阻力较大。2.2蒸汽到各机组所经过的管路部件数量的差异锅炉所供的蒸汽在到达各台机组时，经过长短不同的管道、不同数量的阀门及弯头等部件，所以蒸汽参数有不同幅度的下降，因为局部阻力损失的差异，导致各台机组进汽参数不同；例如：25#炉向24#机供汽只需经过4道阀门，若向21#机供汽只需经过9道阀门。（如高压车间蒸汽系统图所示）。2.3母管系统布局的不合理之处：高压车间原有四台锅炉（21#24#），两台汽轮机，原设计21#、22#锅炉向21#机组供汽、23#、24#锅炉向22#机组供汽；同时，四台锅炉供汽分别与母管相连，保证蒸汽压力的稳定可以灵活切换。随着生产规模的扩大，车间先后增设了：23#机组（背压机）；25#、26#燃高炉煤气锅炉；24#机组（前置机）。与此相应,蒸汽母管也做了一些改动，陆续叠加，最终形成了目前的布局。（如高压车间蒸汽系统图所示）因生产规模陆续扩大、设备增添的先后次序、现场空间的局限，使两台燃高炉煤气锅炉与两台CC50机组呈对角线布置，相距较远。 在25#、26#锅炉供汽管道碰头后就近引向22#机的2#道进汽管，这样就形成25#、26#与24#炉共同通过22#机的2#道向22#机供汽的局面，导致这3台炉在都投入运行，共同向22#机供汽时 “憋压”比较严重；同时24#炉向22#机供汽须经过5道阀门，同原设计比，多增加1道阀门。致使在上述运行条件下，22#机进汽压力偏低，“憋压”尤为明显。3蒸汽母管“憋压”造成的热能损失根据2008年5月份的统计数据，（锅炉过热蒸汽9.6MPa，536，焓值3469.34 KJ/Kg；汽机入口蒸汽8.3MPa，525，焓值3456.27 KJ/Kg）21#、22#两台机组进汽量t。蒸汽从锅炉到汽机焓降：h=3469.343456.27=13KJ/Kg因为蒸汽母管存在憋压，造成热能损失量：100013/106=5110GJ根据锅炉过热蒸汽9.6MPa，536，焓值3469.34 KJ/Kg，上述热量折合蒸汽1473吨CC50机组焓降：h=3456.272592.72=864KJ/Kg损失电量990.98/3600=342.8千KWh蒸汽在管道中流动损失是不能完全避免的，如果能减轻憋压，使21#机进汽参数提高到：8.6MPa，530，焓值3465 KJ/Kg，5月份21#机进汽量（吨）：那么，可以减少损失：h=34653456 =9KJ/Kg21#机减少热能损失量：10009/106=1676GJ4蒸汽母管“憋压”解决方案的探索4.1管道优化设计的方案4.1.1管道优化设计方案一既然蒸汽母管局部节流损失大是蒸汽母管“憋压”直接原因，我们在上述蒸汽母管布局的基础上，在25#、26#锅炉供汽管道碰头后，另引一段母管(见图中点连线所示)，将25#、26#锅炉的蒸汽“引渡”到原来设置的蒸汽母管联络管上，目的是使25#、26#锅炉向21#、22#机组供汽减少两道阀门，减少了局部阻力损失.实践证明：管道优化设计方案一收效并不明显。其原因是：虽然25#、26#锅炉向21#、22#机组供汽减少两道阀门，减少了局部阻力损失；可是为了考虑管道的热胀冷缩，同时增添了若干个弯头，增加了局部阻力损失，母管“过渡”后，连接到22#机1#道进汽管，这样，25#、26#锅炉向22#机组供汽须经过7道阀门、向21#机组供汽须经过9道阀门，客观上，并没有减少25#、26#锅炉向21#机组供汽的阻力，反而加重23#炉向22#机供汽阻力加重。表1：各台锅炉向两台CC50机组供汽所需经过的阀门个数Table 1: each boiler CC50 to two units of steam after the required number of valves锅炉21#22#23#24#25#26#25#26#汽机21#22#21#22#阀门（个）445974.1.2管道优化设计方案二 对母管系统布局在现有的基础上增设从26#炉并汽门后直接引向“21#机入口与母管切换门后”相连(见图中点连线所示)。经逻辑推演与现场勘察，管道优化设计方案二可以使26#炉向21#机供汽减少3道阀门。闸阀局部损失系数受开度影响，当开度为90%，=0.18；当开度为100%，=0.1，经实际测算，蒸汽每经过一道阀门，汽压约降低0.1 Mpa，供汽减少3道阀门压力即可以提高0.3 Mpa。可是，考虑到高温、高压蒸汽管道的热胀冷缩，至少须增添6个90度弯头。弯头的局部阻力系数【1】较大，这样，蒸汽母管系统总的局部阻力不但没有降低反而增加了表2：90度弯头局部阻力系数计算表Table two ninety degree bend local resistance coefficient calculation tableR（mm）1370d（mm）2259090光滑0.08粗糙0.18K1.0= K900.080.18通过表2可以看出，管道优化设计方案二虽然可以减少阀门的局部阻力，但是同时增加了弯头的局部阻力，得不偿失。4.2运行调整方案由于现行环保、能源政策，高压车间的两台燃气炉只要具备投入条件就必须经常投入运行。可是，两台CC50机组与两台燃气炉呈对角布置，相距较远，“憋压”的现象难以避免；并且，当25#、26#锅炉同时运行时，25#炉增加了26#炉向汽机供汽的阻力。“憋压”的要害在于： 25#、26#炉向21#机供汽须经过9道阀门；管道较长。从蒸汽母管“憋压”的角度进行审视，根据母管系统布局和实际运行参数对比，我们发现：在运行两台燃高炉煤气锅炉的前提下，其余的锅炉优先投入序列应为：（1）21#锅炉（2）22#锅炉（3）23#锅炉（4）24#锅炉。这样，可以在某种程度上缓解21机、22机进汽压力低的问题。投入21锅炉运行与投入24锅炉运行相比，21机的进汽压力可以提高0.6MPa。（参阅表3）表3:各锅炉、机组的蒸汽参数Table 3: the boiler, steam generating unit parameters运行锅炉序列汽轮机汽压（MPa）21#22#24#21#、25#、26#8.68.69.122#、25#、26#8.178.49.223#、25#、26#8.08.69.2724#、25#、26#8.08.49.255运行调整的效果：采用前述运行调整方案进行调整后，当主蒸汽温度、排汽压力不变，而主蒸汽压力变化时，将引起汽轮机进汽量的变化。若调节门开度不变，对凝汽式机组，其进汽量与主蒸汽压力成正比，故汽轮机的功率变化与主蒸汽压力变化成正比。以2008-5-19上午9：00，21#机参数为例：主蒸汽压力：8.0MPa；功率：41MW，如果主蒸汽压力提高0.3 Mpa，汽轮机的功率将会提高P：P/41=0.3/8.0P=1.5MW全月可多发电：1.52430=1080(千KWh)电价以0.42元/KWh计，年创效益1.5103243600.42=544万元6结论：（1）从管道优化设计的角度进行改进母管系统，经过理论上的测算，这种思路不可行，经过管道优化设计方案一的实践也证明，没有明显效果，没有达到预期的目的。（2）在现有的设备分布及蒸汽母管布局不变的前提下，加强对21#炉的维护和检