鄭 鋼,趙丹陽(yáng)

(國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100095)

核電站部分容量軸加及其旁路選型研究

鄭 鋼,趙丹陽(yáng)

(國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100095)

核電站部分容量軸加的容量及其旁路節(jié)流孔板的選型需通過(guò)計(jì)算來(lái)確定，通過(guò)計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備廠家提供的軸加容量是否滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求，要確保凝結(jié)水最小流量再循環(huán)流量不至于過(guò)大，并可以根據(jù)文中提供的方法選出合適的節(jié)流孔板孔徑，計(jì)算出凝結(jié)水最小流量再循環(huán)流量。

軸封加熱器，節(jié)流孔板， 凝結(jié)水最小流量再循環(huán)

0 引 言

軸封加熱器(以下簡(jiǎn)稱軸加)是汽輪機(jī)軸封和門(mén)桿蒸汽系統(tǒng)的重要設(shè)備，為了維持汽輪機(jī)的軸封漏汽能夠在軸加中冷卻凝結(jié)，不至于蒸汽從汽輪機(jī)軸端漏到廠房和汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)，無(wú)論啟動(dòng)停機(jī)、低負(fù)荷還是正常運(yùn)行，都必須保證有足量的凝結(jié)水冷卻軸加。同時(shí)為了保證凝泵不汽蝕，凝泵也必須保證任何時(shí)候不能低于其允許的最小流量。凝結(jié)水的最小流量再循環(huán)流量取凝泵組和軸加最小流量(如果軸加為部分容量，則取凝結(jié)水主管路上的流量)的較大值。

核電站主蒸汽為飽和蒸汽，蒸汽參數(shù)低，凝結(jié)水量很大，為了降低軸加成本和軸加制造難度，軸加往往采用了與火電全容量不同的部分容量，軸加設(shè)有帶節(jié)流孔板的旁路。(如圖1所示)如果軸加容量選型偏小，將導(dǎo)致凝結(jié)水系統(tǒng)最小流量再循環(huán)流量過(guò)大，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行；如果孔板選型不當(dāng)，凝結(jié)水量將不滿足設(shè)計(jì)要求，有時(shí)還容易發(fā)生管路振動(dòng)。文中將結(jié)合某核電工程實(shí)際，探討一下部分容量軸加容量及其旁路節(jié)流孔板的選型。

1 計(jì)算目標(biāo)及思路

計(jì)算目標(biāo)及思路如圖1所示。

1.1計(jì)算目標(biāo)

(1)判斷廠家提供的軸加容量是否滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求。

(2)如果計(jì)算判定廠家提供的軸加容量偏小，提出合適的軸加容量。

(3)根據(jù)廠家提供的最終的軸加容量，計(jì)算出軸加旁路節(jié)流孔板尺寸，確定凝結(jié)水最小流量再循環(huán)流量。

圖1 某核電站部分容量軸加凝結(jié)水系統(tǒng)示意圖

1.2計(jì)算思路

(1)根據(jù)廠家提供的軸加正常流量和阻力(如圖2所示)，計(jì)算正常流量下，軸加一側(cè)的阻力即P1-P2(見(jiàn)圖1)，此阻力就等軸加旁路側(cè)的壓力降，從而確定旁路節(jié)流孔板的壓差。

圖2 軸加流量阻力曲線

(2)根據(jù)旁路節(jié)流孔板的壓差，確定節(jié)流孔板的級(jí)數(shù)，計(jì)算出節(jié)流孔板的孔徑。

(3)根據(jù)廠家提供的軸加最小流量和阻力，計(jì)算出最小流量下，軸加一側(cè)的阻力，此阻力就等軸加旁路側(cè)的壓力降，再根據(jù)節(jié)流孔板的孔徑，計(jì)算出通過(guò)軸加旁路的流量。

(4)核算軸加最小流量運(yùn)行時(shí)，計(jì)算出通過(guò)凝結(jié)水主管路的流量Qz=Q1+Q2(見(jiàn)圖1)，比較凝泵組和凝結(jié)水主管路上的最小流量Qz的較大值，并需核算凝結(jié)水主路上的最小流量Qz不大于單臺(tái)凝泵的正常運(yùn)行流量。

(5)若凝結(jié)水主路上的最小流量Qz大于單臺(tái)凝泵的正常運(yùn)行流量，則重復(fù)上述4個(gè)步驟，直至選出合適最小流量和正常流量的軸加。

(6)最后一步，核算在凝結(jié)水最大流量情況下通過(guò)軸加的流量不超過(guò)其上限值。

2 計(jì)算過(guò)程及主要公式

2.1正常流量軸加一側(cè)阻力

軸加一側(cè)阻力，主要包括軸加本體的設(shè)備阻力，管系的沿程阻力和局部阻力

(1)軸加本體的設(shè)備阻力為廠家提供的數(shù)值；

(2)管系的沿程阻力：

直管段沿程損失計(jì)算：

式中：λw1為沿程阻力系數(shù)；lw1為管路長(zhǎng)度。

(3)管系的局部阻力(含彎頭、三通、閥門(mén)等)：

汽水管道彎頭阻力計(jì)算：

式中：ζf為彎頭阻力系數(shù)；λ為彎頭摩擦阻力系數(shù)；v為介質(zhì)比容；Di為管內(nèi)徑；w1為介質(zhì)流速，m/s。

管系的阻力建議采用AFT Fathom計(jì)算，這樣可以縮減工作量，提高數(shù)據(jù)的正確性和可靠性，凝結(jié)水系統(tǒng)管系的AFT Fathom模型如圖3所示。

圖3 某核電站部分容量軸加凝結(jié)水系統(tǒng)AFT Fathom部分計(jì)算模型

2.2正常流量下的節(jié)流孔板的壓差、級(jí)數(shù)和孔徑

(1)節(jié)流孔板的壓差=正常流量軸加一側(cè)阻力-軸加旁路側(cè)的管系阻力(不含節(jié)流孔板本身)

軸加旁路側(cè)的管系阻力的計(jì)算公式參見(jiàn)2.1節(jié)中(2)(3)相關(guān)公式。

(2)孔板級(jí)數(shù)確定：

Δp=p1-p2

式中：Δps為阻塞壓差；FL為液體壓力恢復(fù)系數(shù)，取值為0.9；Ff為臨界壓力比系數(shù)；p1為孔板進(jìn)口壓力，MPa；p2為孔板出口壓力，MPa；pv為相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下飽和蒸汽壓力，MPa；pc為水的熱力學(xué)臨界壓力，為22.5 MPa。

其中，p1、p2可以根據(jù)Fathom軟件得出。如果Δp<Δp，則只采用一級(jí)節(jié)流即可；如果Δp>Δps，且p2>pv，此時(shí)只采用一級(jí)節(jié)流孔板會(huì)引起氣蝕，需要考慮2級(jí)節(jié)流。

(3)節(jié)流孔板的孔徑計(jì)算

確定好節(jié)流級(jí)數(shù)后，以正常冷卻水流量為基準(zhǔn)流量，進(jìn)行節(jié)流孔徑的選取。

節(jié)流板孔徑：

式中：Q為通過(guò)孔板流量，t/h；ρ為水的密度，kg/m3。2.3 計(jì)算軸加最小流量下，通過(guò)軸加旁路的流量

(1)計(jì)算軸加最小流量下，軸加一側(cè)阻力，計(jì)算方法同2.1節(jié)中(1)(2)(3)

(2)再根據(jù)2.2節(jié)(3)以及2.1節(jié)中(2)(3)迭代求出通過(guò)軸加旁路的流量Q2。

2.4確定凝結(jié)水最小流量再循環(huán)流量

(1)根據(jù)凝泵廠家提供的資料，確定單臺(tái)凝泵最小流量；考慮到機(jī)組運(yùn)行時(shí)，如果兩臺(tái)在運(yùn)行凝泵出口壓力低，將會(huì)聯(lián)鎖啟動(dòng)第三臺(tái)凝泵，此時(shí)如果除氧器水位出現(xiàn)高高水位，則凝結(jié)水去除氧器的調(diào)閥關(guān)閉，凝結(jié)水最小流量再循環(huán)閥將開(kāi)啟，雖然此種工況發(fā)生概率極低，但考慮到核電機(jī)組的安全、可靠性，凝泵組最小流量為3×單泵最小流量。

(2)軸加最小流量運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水主管路上的最小流量Qz=軸加最小流量Q1+軸加旁路流量Q2。

2.5比較凝結(jié)水主管路上的最小流量Qz與單臺(tái)凝泵的正常流量

比較確定凝結(jié)水主管路上的最小流量是否小于單臺(tái)凝泵的正常流量。由于汽輪機(jī)軸封投運(yùn)很早，如果凝結(jié)水主管路上的最小流量大于單臺(tái)凝泵的正常流量，則軸封投運(yùn)前，機(jī)組必須啟動(dòng)兩臺(tái)凝泵；在機(jī)組低負(fù)荷(大約小于50%)運(yùn)行時(shí)，也必須維持至少兩臺(tái)凝泵在運(yùn)行，這是不經(jīng)濟(jì)的，也是不合理的，另外也會(huì)造成凝結(jié)水最小流量再循環(huán)流量過(guò)大，最小流量再循環(huán)閥造價(jià)提高很多。所以建議凝結(jié)水最小流量再循環(huán)流量小于單臺(tái)凝泵的正常流量。

3 計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 某核電站軸加及其旁路節(jié)流孔板計(jì)算成果表

注：(1)單臺(tái)凝泵最小流量為530t/h,則凝泵組最小流量為530×3=1 590t/h; (2)單臺(tái)凝泵的正常運(yùn)行流量為2 050t/h。

從計(jì)算的上表可以看出， 凝結(jié)水主管路上的最小流量Qz=400+2 648=3 048t/h>單臺(tái)凝泵正常運(yùn)行流量2 050t/h<1 590t/h;據(jù)此可以判定，設(shè)備廠家初始提供的軸加容量偏小。軸加容量增大后，滿足了凝結(jié)水系統(tǒng)的運(yùn)行要求，凝結(jié)水最小流量再循環(huán)流量為1 797t/h,孔板孔徑為314mm。

4 結(jié)束語(yǔ)

核電站部分容量軸加的容量及其旁路節(jié)流孔板選型關(guān)系到機(jī)組的安全、可靠運(yùn)行，必須通過(guò)計(jì)算來(lái)核算設(shè)備廠家提供的軸加容量是否與凝結(jié)水系統(tǒng)匹配，保證凝結(jié)水最小流量再循環(huán)流量在合理的范圍內(nèi)，并選出部分容量軸加旁路節(jié)流孔板合理大小的孔徑。

[1]DL/T5054-1996,火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].

[2]NB/T20193-2012,核電廠常規(guī)島汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].

[3]DTP-M-NF-03003,MECHANICALDISCIPLINETECHNICALPROCEDURE.SHEATERDRAINLINESDESIGNCRITERIA[S].SHAWStone&Webster,Inc.

[4]HeatExchangeInstitute(HEI),StandardsforClosedFeedwaterHeaters，2004版

[5] 陳 娟. 節(jié)流孔板在發(fā)電廠的應(yīng)用[J].廣東電力，2004(8)：46-48.

Study on Part Capacity Gland Steam Heater and its BypassUsed for Nuclear-fueled Plants

ZHENG Gang, ZHAO Dan-yang

(State Nuclear Electric Power Planning Design & Research Institute, Beijing 100095, China)

Capacity of part capacity gland steam heater and throttle orifice in its bypass need to be confirmed by actuation, we will find that if the capacity which is supplied by manufactory can be satisfied to system operation. We must confirm that condensate recirculation is not too large. Also size of throttle orifice and flow of condensate recirculation can be got by methods in this article.

Gland steam heater; Throttle orifice; Condensate recirculation

2015-06-20

2015-06-29

鄭鋼(1981-)，男，熱能與動(dòng)力工程專業(yè)，工程師，主要從事AP1000壓水堆核電站常規(guī)島、大型火電機(jī)組機(jī)務(wù)專業(yè)的設(shè)計(jì)工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.07.002

TL27

B

1009-3230(2015)07-0004-04