林 肖

（浙江城建煤氣熱電設(shè)計(jì)院有限公司，浙江 杭州 310000）

現(xiàn)階段，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化、信息化以及跳躍式發(fā)展階段，當(dāng)然經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展也離不開(kāi)電力事業(yè)的進(jìn)步；發(fā)電廠是一種更快捷、更方便、更安全的系統(tǒng)，它的出現(xiàn)對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展有促進(jìn)作用。在設(shè)計(jì)發(fā)電廠期間，一般需要設(shè)計(jì)汽液兩相流動(dòng)的管道。通過(guò)對(duì)單相流動(dòng)管道與兩相流動(dòng)管道的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，兩相流動(dòng)管道的流動(dòng)阻力更大、極易震動(dòng)，且流動(dòng)特性也存在差異，導(dǎo)致發(fā)電廠管道設(shè)計(jì)面臨著更高的難度。目前，與設(shè)計(jì)發(fā)電廠兩相流管道相關(guān)的文章其實(shí)并不多。由于我國(guó)電力工業(yè)的不斷發(fā)展，電廠設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度的日趨提升，有必要不斷提升兩相流管道的設(shè)計(jì)水平。

1 加熱器疏水管道運(yùn)作程序的分析

在發(fā)電廠管線設(shè)計(jì)中，兩相流管線在其中的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，其中主要涉及加熱器疏水管線、鍋爐水冷壁與暖風(fēng)器疏水管線等，由于兩相流管線被廣泛應(yīng)用于各式各樣的電力設(shè)備中，所以也促使發(fā)電廠管線設(shè)計(jì)問(wèn)題類型愈發(fā)豐富。針對(duì)我國(guó)現(xiàn)階段發(fā)電廠具體運(yùn)作情況來(lái)說(shuō)，在多數(shù)中小型氣輪機(jī)組常規(guī)運(yùn)作過(guò)程中，都是先借助加熱器對(duì)發(fā)電廠氣輪機(jī)組中的自氣機(jī)本體內(nèi)存在的蒸氣進(jìn)行抽取，同時(shí)進(jìn)行換熱操作，再借助疏水逐級(jí)直流的形式，全面整合飽和水及凝結(jié)水，以此對(duì)工質(zhì)與其富含的熱量進(jìn)行全面的吸收。在加熱器疏水管線常規(guī)運(yùn)作程序中，給水加熱器對(duì)水進(jìn)行低高壓加熱后，低壓加熱處理所獲得的蒸氣便會(huì)傳輸?shù)侥龤馄鲀?nèi)，而高壓加熱處理所獲取的蒸氣則會(huì)傳輸至除氧器內(nèi)，然后再借助調(diào)壓閥進(jìn)行全面調(diào)整，由此達(dá)到氣輪機(jī)組管線疏水的目的。然而，通常在發(fā)電廠機(jī)組常規(guī)運(yùn)作過(guò)程中，機(jī)組常規(guī)作業(yè)往往是由于兩相流管線內(nèi)氣液流體的不斷混合并流動(dòng)等多種因素，造成機(jī)組管線產(chǎn)生振動(dòng)，由于氣液長(zhǎng)期不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，管線震動(dòng)現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重，由此就極易造成由于氣液運(yùn)動(dòng)狀態(tài)水分過(guò)多流失，導(dǎo)致機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)持續(xù)下降，而這不但會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)組常規(guī)運(yùn)作的可靠性造成許多不利的影響，同時(shí)還提升了機(jī)組和管線結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)性。所以，為了最大限度地提高發(fā)電廠機(jī)組常規(guī)運(yùn)作質(zhì)量與效果，對(duì)兩相流管線進(jìn)行高效、科學(xué)及綜合性的設(shè)計(jì)，這些兩相流問(wèn)題對(duì)管線結(jié)構(gòu)運(yùn)作的可靠性與安全性產(chǎn)生的負(fù)面影響，需要進(jìn)行改善與處理。

2 疏水管道相變形成基本原理

隨著科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，對(duì)資源的需求量也越來(lái)越大，尤其是電力資源。在目前電廠運(yùn)行中常常存在疏水相變的現(xiàn)象，這個(gè)問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重阻礙發(fā)電的過(guò)程，同時(shí)發(fā)生一系列的問(wèn)題。我們對(duì)發(fā)電廠疏水管線運(yùn)作程序進(jìn)行分析，當(dāng)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行疏水逐級(jí)自流操作時(shí)，因?yàn)楦邏毫︼柡退澳Y(jié)水在管線中存在一定的流動(dòng)阻力，同時(shí)管線入口位置經(jīng)常會(huì)由于壓力差而出現(xiàn)重位壓降的現(xiàn)象，并且在閥門和調(diào)壓閥形成的相互作用下，使管線內(nèi)的疏水壓力下降，會(huì)讓管線在輸送疏水過(guò)程中出現(xiàn)飽和問(wèn)題，導(dǎo)致管線內(nèi)氣液兩相流出現(xiàn)問(wèn)題。在對(duì)疏水管道內(nèi)存有氣液相變的基本原理分析過(guò)程中，將發(fā)電廠內(nèi)機(jī)組常規(guī)運(yùn)行工作質(zhì)量當(dāng)做穩(wěn)定動(dòng)態(tài)的參考依據(jù)，按照相關(guān)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程進(jìn)行全面的推算；對(duì)于絕熱疏水管線熱量流動(dòng)而言，如果熱量損失為0，那么在管線中，無(wú)論是工質(zhì)還是氣液流動(dòng)化對(duì)管線對(duì)外軸功同樣為0。除此之外，在發(fā)電機(jī)組管線內(nèi)凝結(jié)水壓力不斷下降的狀態(tài)下，其中飽和水富含的焓值同樣會(huì)隨之下降，一旦疏水管線內(nèi)飽和水及凝結(jié)水平均焓數(shù)值和其他疏水入口相比相對(duì)較低，那么一些飽和水及凝結(jié)水便會(huì)出現(xiàn)相變問(wèn)題，從而導(dǎo)致管線之內(nèi)氣液兩相流動(dòng)問(wèn)題出現(xiàn)。

由于凝結(jié)水壓力的不斷下降，與之對(duì)應(yīng)的壓力下飽和凝結(jié)水焓值也會(huì)隨之減小。一旦基于某一壓力下輸水管道的飽和液相焓比其疏水入口焓值低，那么一些凝結(jié)水會(huì)出現(xiàn)相變，形成兩相流動(dòng)。

3 兩相流阻力的主要計(jì)算方式

在現(xiàn)階段廣泛推行的技術(shù)規(guī)定中，針對(duì)一些兩相流管線阻力計(jì)算方式進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述，然而其多數(shù)都是借助積分法展開(kāi)計(jì)算，這種計(jì)算主要具有流程煩瑣、精準(zhǔn)性較低等多種特性，在具體兩相流管線設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)往往無(wú)法獲得有效的運(yùn)用。隨著時(shí)代的不斷發(fā)展與科學(xué)的不斷進(jìn)步，國(guó)際上采取的兩相流阻力計(jì)算方式均有所差異，并且由于其計(jì)算工質(zhì)所采取的參考依據(jù)有所差異，所以其計(jì)算最終結(jié)果之間都存在一定的差異，而且在具體計(jì)算時(shí)必須按照實(shí)際工質(zhì)參數(shù)選擇更具適宜性的計(jì)算方式，對(duì)兩相流阻力進(jìn)行全面的計(jì)算，其中最具代表性的就是原蘇聯(lián)1961 年鍋爐水循環(huán)計(jì)算法以及馬蒂內(nèi)里—納爾遜計(jì)算法。

圖1 兩相流管道設(shè)計(jì)

4 兩相流管道設(shè)計(jì)技術(shù)在電廠管道設(shè)計(jì)中的主要應(yīng)用

為了對(duì)兩相流管線設(shè)計(jì)在發(fā)電廠中的主要應(yīng)用進(jìn)行探究，以下主要以某電廠25 MW 機(jī)組疏水管線設(shè)計(jì)為例展開(kāi)分析。就該電廠機(jī)組而言，某氣輪機(jī)廠所制造25 MW 背壓式型號(hào)的氣輪機(jī)，額定功率為2.5 萬(wàn)kW，額定轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，進(jìn)汽壓力8.83 MPa（a），進(jìn)汽溫度為535℃，額定進(jìn)汽量為182.5 t/h，排汽壓力為0.9 MPa（a）。基于額定運(yùn)行情況下，其加熱器2 條管線中的疏水參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 加熱器2 條管線中的疏水參數(shù)

就該汽輪機(jī)而言，其1 號(hào)疏水管線借助水平設(shè)置形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，把重位壓降長(zhǎng)時(shí)間控制在0，因?yàn)槭杷芫€長(zhǎng)時(shí)間在額定狀態(tài)中運(yùn)行，早已出現(xiàn)相變現(xiàn)象，所以能夠?qū)C(jī)組內(nèi)動(dòng)壓所產(chǎn)生的壓降展開(kāi)忽略操作。當(dāng)1 號(hào)管線對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行傳輸時(shí)，工質(zhì)與混合物干度會(huì)維系在2.5 左右，而密度維系在328 kg/m3，并且其流速為1.80 m/s。并且由于1 號(hào)疏水管線內(nèi)的閥門阻力系數(shù)約為0.5，粗糙水平為0.23，所以在工質(zhì)步入管線后，因?yàn)殚y門和管線間存有較強(qiáng)的摩擦阻力；所以，管線在單相液體輸送至調(diào)節(jié)閥的位置以前，往往并不會(huì)出現(xiàn)相變現(xiàn)象。除此之外，發(fā)電廠機(jī)組2 號(hào)高壓加熱器通將疏水傳輸至除氧器內(nèi)，因?yàn)? 號(hào)管線內(nèi)調(diào)節(jié)閥所存在的兩相摩擦系數(shù)較高，所以為了達(dá)到疏水管線傳輸阻力的標(biāo)準(zhǔn)需求，對(duì)調(diào)節(jié)閥具體位置給予適當(dāng)?shù)恼{(diào)整與修正就變得十分重要，借助調(diào)節(jié)閥調(diào)整到除氧器周圍，能夠?qū)Πl(fā)電廠機(jī)組兩相流管線長(zhǎng)度達(dá)到全面控制的目的，促使兩相流管線長(zhǎng)度的縮短與管徑規(guī)格增大，使疏水管線進(jìn)出口位置存在的阻力不斷提升，這樣最大限度地防止發(fā)電機(jī)組管線發(fā)生兩相流現(xiàn)象，為發(fā)電廠機(jī)組相關(guān)設(shè)備以及兩相流管線常規(guī)運(yùn)作的有效性與可靠性奠定良好的基礎(chǔ)，從而不斷地提升疏水管線的運(yùn)行效率，提升發(fā)電廠管線設(shè)計(jì)質(zhì)量與效果，進(jìn)而提高發(fā)電廠管線設(shè)計(jì)的綜合水平。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在發(fā)電廠加熱器疏水管線的設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了最大程度地使疏水全過(guò)程更具通暢性，防止管線由于兩相水流沖刷及兩相水流撞擊所導(dǎo)致的震動(dòng)現(xiàn)象出現(xiàn)，就必須在發(fā)電廠加熱器疏水管線中設(shè)置適量的氣液兩相流設(shè)施，在確保工程項(xiàng)目建設(shè)造價(jià)的前提下，減少機(jī)械設(shè)備故障問(wèn)題對(duì)疏水管線常規(guī)運(yùn)行產(chǎn)生的不利影響；與此同時(shí)，為了更好地避免水流出現(xiàn)阻塞等各種問(wèn)題的發(fā)生，還應(yīng)該在對(duì)加熱器疏水管線進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)采用大管徑管材，同時(shí)科學(xué)地安排彎頭所在區(qū)域，才可以促使加熱器疏水管線運(yùn)行質(zhì)量與效率獲得有效的提升，從而為發(fā)電廠管道設(shè)計(jì)水平進(jìn)一步提高奠定良好的基礎(chǔ)。為了符合我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展的要求，在疏水相變方面進(jìn)行了相關(guān)改進(jìn)，采用兩相流管道設(shè)計(jì)技術(shù)，在保證發(fā)電廠安全高效運(yùn)行的同時(shí)，還能起到減少資源浪費(fèi)的作用。