高压内缸疏水管中蒸汽流速的研究.docx

1、:汽轮机技术1/高压内缸疏水管中蒸汽流速的研究任家福，杨鸿仁(东方汽轮机厂，四川德阳618000)摘要：早期生产的200MW、300MW的汽轮机其高氏部分的疏水系统基本上是相同的，在实际运行中易发生疏水故障。针对这一情况，从理论上进行了探讨，以找出故障发生的原因及解决方法。关键词：能源与动力工程；汽轮机；疏水系统；改进中图分类号:TK264.I文献标识码：A文章编号：1671-086X(2006)05-0340-05AppropriateSteamFlowinDrainPipesofHigh-PressureInternalCasingsRENJia-fu,YANGHong-ren(Dongf

2、angSteamTurbineWorks,Deyang618000,China)Abstract:Thehighpressuredrainagesystemsofearlymanufactured200MWand300MWturbinesarebasicallythesame,bothliabletodrainfailuresduringoperation.Keepingthisfactinmind,atheoreticaldiscussionispresentedtouncoverthesourceoftheproblemandfindawayofsolvingit.Keywords:ene

3、rgyandpowerengineering;steamturbine；flowvelocitylevel;drainagesystem;improvement1情况与问题1.1疏水管流程设置的两种型式大型汽轮机本体的疏水系统由主汽管疏水、阀门疏水、高压内缸疏水、高压缸疏水、中压主汽管疏水、中压缸疏水等构成。由于高压缸采用双层缸，高IE内缸的疏水引出见图1。在内缸调节级汽室进汽管中心平面的最低处，有两个妇。的疏水孔，以焊接的连接管与三通相接，三通汇集2路疏水到一根妇8x3的疏水管，通过特制螺母完成和法兰连接形成密封后将疏水引出外缸。夹层内疏水管做成螺旋状，具有一定的弹性，以适应内、外缸相应部位

4、的膨胀差异。缸外流程的设置有两种型式：(1)初始型式(见图2)。疏水从缸体引出后，经阀门，到疏水母管，再由疏水母管进入疏水扩容器，是一个简单的流程。设计于上个世纪60年代收稿日期:2006-02-20作者简介：任家福(I962-).男，高级工释师，主要从事汽轮机的安装与调试工作°收稿日期:2006-02-20作者简介：任家福(I962-).男，高级工释师，主要从事汽轮机的安装与调试工作°的中期，源于中、小型机组，并参照同期的进口机组，大量地采用f前期200MWJOOMW和中小型机组上。I一内缸；2喷嘴室；3-三通接头；4一疏水管；5特制螺母；6法兰；7外就图1内缸嫉水管(2

5、)改进型式(见图3)。约产生于上世纪90年代，增加了节流组件和疏水旁路。事实上可以把这种系统叫做控流系统。因为通过方流组件可以控制泄漏流岚和控制孔板前的蒸汽流速，后面将通过计算来阐明这些功能。1.2存在问题1.2.1 300MW汽轮机高压内缸疏水管出现过破裂现象前期300MW等级汽轮机有两台次在新机安装试运时出现夹层内疏水管破裂泄漏，停机开缸处理。原因是制造和装配时造成的损伤所致。因此要求制作装焊高压内缸疏水管时应当仔细操作，检验时不应发现有损伤。特别强调起吊和落下高压内缸时，要避免碰撞高压内缸疏水引出管，要避免疏水引出管端顶在高压外缸内壁上。恢复后投运良好，随后未再收到同类的故障信息。1.2

6、.2 200MW汽抡机高压内知疏水管爆裂DO9型总的投运台数约为75台。首台于1976年投运，已有28年运行史。1986年底前投运25台，具有18年以上的运行史。2005年78月，1台1986年11月投运的DO9型200MW机组，运行18年后发生高压内缸疏水管爆裂，造成强迫停机，故障时相关参数见表1。2005年7月29日缸外疏水管爆裂，停机。2005年7月31日处理后开机48h,缸外疏水管再次爆裂，停机。制造厂认为可能是夹层内疏水管破裂，因为调修级压力测点由缸外疏水管引出，当夹层内疏水管破裂后，测得的压力为夹层压力，略高于一段抽汽压力，经检查后确认夹层内疏水管破裂，然后开缸处理。再复查表1数据

7、看到：2005年7月28日3：00负荷217MW,调修级压力10.6MPa正常。2005年7月28日6：00负荷148MW,调修级压力与一抽压力相当判为表坏，重新评判这一数据，可以认为夹层内疏水管在2005年7月28日6：00以前已经破裂。1.3疏水管发生故障的基本要素水：积水、浸水可能出现水击，急速汽化，温差应力大等危害；软硬杂质：硬质颗粒会击伤管壁，阀门，冲刷沟槽，软杂质还会形成堵塞；高速汽流:将加大、加重上述危害。尽管是个例信息，但并不排除有损伤，经多年各种工况的作用造成损坏。由于国产200MW汽轮机设计于上世纪60年代，用现在的技术观点来分析是可以找到进一步提高可靠性的途径。2流速等级

8、的计算当汽轮机暖管、暖缸时，高压内缸疏水管内的流动为汽-水两相流；当汽轮机冲转、定速，带初负荷暖机直至关疏水门前汽-水两相流转变为蒸汽流动，可压缩介质流动是难于准确计算的，但是从工程观点上评判流速等级是可以为大家公认的。2.1简单评判法日期时间负荷/MW调节级压力/MPa一抽压力/MPa二抽压力/MPa汽航夹层压力/MPa汽在夹层温度/MPa高压缸壁温度尸C内缸内壁内缸外壁外缸外壁上下上下上下9：00402.81.20.550.840635033734633830627012：001155.02.11.202.04274234184254194143952005年15：001808.93.42

9、.103.44714764704754654644577月27日18：001908.73.42.053.44614&447948045846346521：0021710.64.02.454.046749648349146846445924：0021710.64.02.424.0470500488494473470470表11号机组调节级压力故障情况数据统计高压内缸疏水管两个阀门全开，关疏水门前，疏水管进口的蒸汽参数见表2,并取40MW和115MW的中间点为关闭疏水门点。表2疏水管各点参数负荷/MW调节级后压力pJMPa调节级后温度i,/°C疏水母管压力p'JMPa40

10、2.8-3501155.0-4230.5(40+115)3.9（按4.0计算）390（按399计算）取0.103由pi3t查表可得比容»|=0.074m3/kg,比焙队=3209.4kj/kgo因p'JPx=0.103/4.0=0.026,大大小于0.546,所以出现临界流动，在疏水管出门出现的最大流速为声速V.ovt=V10.2x104kgptV|（1）式中曹为蒸汽绝热指数l.3;g为重力加速度9.81m/s2o于是可求得vt=617m/s3这表明上述设计出现声速，其声速的等级取决于p,和刀。2.2用Darcy公式计算式中：y为可压缩流体的膨胀系数，由图4查得；d为管子内径

11、，mm;为进出口压差，MPa法为管道系统总阻力系数；W为流径管道系统的流kg/h。现场高压内缸疏水管系的参数是：管子内径32mm，疏水管总长15m;。32mm、90°标准弯头3只；三通1只及阀门2只。阀门全开按紊流考虑，摩擦系数/=0.022；=,=30（管道及附件的总阻力系数）。可压缩流体的y-S-Ap/pi关系见图4。由A=1.3,E=3O查图4可得Ap/pi=0.854（名义必=土华虫=0.974）。=0.718Pi4进而可求得：收=3.941X。.718x322摄福=3610kg/h对于高压内缸疏水管出口（管道末端）：P2=4.0-3.416=0.584MPap'Jp

12、2=0.103/0.584=0.177由Pl降至P2设定队不变，查蒸汽性质表可得：P2=0.584MPa,t2=371°C叫=3209.4kj/kg,“2=0-504m3/kg1.21.52.0346至Pi0.5250.5500.5930.6420.6780.722y0.6120.6310.6350.6580.6700.685e810152040100阪pi0.7500.7730.8070.8310.8770.920y0.6980.7050.7180.7180.7180.718图4A=1.3时凹氏缩气体特性图y-f-p/Pl出口声速按式（1）计算可得扩.=618.3m/so出口核算流

13、量w'=358.5L由于v=618.3m/s,d-32mm,v2=0.504m3/kg,故可得庆=3504kg/h。流M计算仅相差3%0高压内缸疏水管进口的名义速度：,358.5中饥358.5x3610x0.074=3?=92.6=100m/s计算表明：（1）速度等级高，变化幅度大，并出现声速,远高于常规蒸汽流速30-50m/s的规定。（2）流量呼大，因而泄漏损失大。根据上述计算.可作出疏水管进口至出口的速度变化图（见图5）o速度变化取决于v的变化规律，-般可以线性示意。损：3阀门开度的影响W=3.941(4)322(5)当汽流以100600m/s的速度在疏水管内流动时，经常产生大的振

14、动和大的噪音。在手动疏水门上做阀门开度试验就会发现：阀门开度减小后，振动和噪音随之下降，多次试验就可找到一个适当的阀门开度并将它锁定。阀门开度减小，通过阀门的流量就会减少，通过阀门的流速虽会增加，但是阀门前的管道流速将大幅下降，因而可实现降低流速，保证安全的目的。但随后又发现，阀门被高速汽流冲刷损伤，密封性难以保证。为了减小对阀门的损伤，显然配置节流组件是合理的，因而在改进型的流程就设置了节流组件。4改进型设置的计算和评判4.1流与流速按可压缩流体通过节流孔板的公式进行计算：式中：c为流量系数0为节流孔径,mm;y为流经孔板的膨胀系数；为孔板前后的压差，MPa;为孔板前介质的比容,m3/kgo

15、(1)第一次试算：取p.i=Pi=4MPa;i;如=V|=0.074m3/kg;dt=8.5mm;djd=8.5/32=0.267o由有关表查得y-0.815;c=0.6;Ap/p)=0.6;Ap=2.4MPa；p板2=1.6MPa;因而W=3.941x0.815x8.5:x0.6=797kg/h=800kg/ho 孔板前管道的名义速度：E358.5x800x0.074=20.6m/s当Pi=4MPa,<|=399时，"=0.025mPa*s,故屁=3.58：'O'"=3.6x10、流动为全紊流，不需进行修正计算，即选用的摩擦系数/、流量系数c均不需修

16、正。 疏水管进口至孔板前蒸汽流动产生的压Pn=由£=30,“=800kg/h,=0.074m'/kg,d=32mm,可得竹=0.08MPao因P板i=4-0.08=3.92MPa,p2=1.56MPa,故可以不进行修正计算。 孔板后至疏水管出口的计算：由于P2=1.6MPa,ht不变,v2=0.184m'/kg,p/p氐2=0.103/1.6=0.065,所以在超临界工况下，末端出现声速扩勇=71.3x9.81x10.2x104x1.6x0.184=618m/s所以蒸汽自孔板后到疏水管出口的流动只能作近似描述。 流经孔板的名义速度：358.5x800x0.074&qu

17、ot;孔板=r?=290m/s 由于孔板后管径面积是节流孔面积的14.06倍，汽流速度产生瞬时下降，其速度为：290x0.184,"=14.06x0.074=51.7m/s然后因汽流的急速膨胀，流速又急剧上升，直图5疏水管道内介质流速变化图(2)计算表明： 加置孔板后，孔板前的管道汽流速度t/孔板=20.6m/s<30-50m/s(规范要求)。孔板后至疏水管末端为高速度，末端达声速扩,。 由于孔板限制流量，使流入疏水母管的流鱼大幅下降，收效显著。5两种流程设置的比较5.1可靠性比较（见表3）从表3可以看出：改进型针对高速和声速作出了有效的处理，将高速或声速限定在孔板后至疏水母管

18、间，可靠性提高，同时将减小振动和噪声的影响。5.2改进型是一种节约型设置高压内缸疏水管关疏水门前的流量甲:初始型3503kg/h,改进型800kg/h,可减少2703kg/ho表3两种流程设置的比较项目初始型改进足疏水管进口至末端孔板前为常规流速.符合规范；流速均为高速.末别为声速。孔板后至末端为高速至声速，阀门在高速区，易损伤.在常规流速区.使用寿命长，能难以保持密封性。高速汽流加大.加保持密封性。在常规流速区.危害程度大幅下水和杂质重水和杂质对管子的危害。阵0常加流速区爆管可能性小.孔板后高速区前期酿和改进型相同，故障爆管要停机处理。还未得到过故障信息c如遇故障，有条件做到隔离处理.可避免强迫停机。因为90%以上的杂质、异物部清理维修停机时拆阀门吹被节流级件收集.停机时对节浪管。组件进行清理，检查芯件是否需更换。流入疏水母管至疏水扩容器的（不做功）流量大幅减小，一台200MW汽轮机，启动时的疏水排汽包（按大至小排序）为：（1）高压主汽管高压阀门高压内缸>高排（2）中压主汽管>中压阀门>中压缸本体>中排可以按疏水系统逐根计算，以加孔板后平均节省2000kg/h为例，启动至关疏水门的时间为3h,则一次启动节约的汽量为：3x8x2000上48t,整个电网总的节约汽量就可观了。这种改进同样