闭式膨胀水箱的容积计算

陈 雯，林再江，武 宇

国核电力规划设计研究院，北京 100094

0 引言

汽轮机厂房闭式冷却水系统用来给汽机房内各辅机设备换热器提供可靠的冷却水。该系统是一个闭环冷却回路，用开式冷却水系统中的水流经闭式循环冷却水热交换器来冷却闭式循环冷却水系统中的冷却水。

闭式膨胀水箱是闭式循环水系统的重要组成部分，选用合理大小的闭式膨胀水箱对系统安全稳定的运行有着至关重要的作用。

1 闭式膨胀水箱的作用

膨胀水箱一般可分为闭式水箱和开式水箱两类。电厂用膨胀水箱多为开式水箱，与大气连通，起到稳压的作用。闭式膨胀水箱吸收由于系统温度变化产生的闭式水的膨胀或收缩。闭式膨胀水箱上的水位仪表和报警装置监测和控制水箱水位，并能检测出系统的泄漏情况。

闭式膨胀水箱的具体作用如下：

1）位于整个系统的最高点，从而保持闭式水系统充满除盐水；2）膨胀水箱连接在闭式泵进口附近的系统回水管上，能够在泵的进口处形成一个近于恒定的压头，防止闭式泵发生气蚀；3）膨胀水箱能接受DWS和凝结水补水，补充TCS系统向外界的泄漏。

2 膨胀水箱的容积计算

2.1 假定条件

闭式膨胀水箱为碳钢结构的圆柱形立式容器，上部为椭球型封头，下部为平底。

闭式膨胀水箱的大小应能保证在正常水位下运行时，系统温度从最低变化到最高，或者反向变化，不会引起水位达到高或者低水位报警设定值。此外，在低—低水位或高—高水位报警设定值下运行时，仍有足够的剩余水量或者膨胀空间，在最大的温度变化下不会排空或者溢流。

2.2 变化的水容积计算

1)初始条件

初始温度由汽机房内最低环境温度决定，为T1；对应的水的初始密度ρ1；

最终温度由闭式水系统的最高回水温度决定，为T2；对应的水的最终密度ρ2；

汽机房内闭式水的总容积为Vf；

膨胀水箱的内径假定为Di；

膨胀水箱与大气连通，运行压力为： 0.1013MPa；

膨胀水箱水位以上留有Hm的高度。

2）膨胀水箱的容积计算

根据以上假设条件，可以得到以下结论：

热膨胀系数为： （ρ1-ρ2）/ρ2

系统中水容积的变化为: △V=Vf×（ρ1-ρ2）/ρ2

膨胀水箱总容积为: V= △V +Vm

3 实际案例

实际案例中，很多电厂根据需要会制定一些符合自身运行安全的规则.以下以某电站为例，进一步讨论闭式膨胀水箱容积的计算方法。

3.1 前提条件

膨胀水箱的容量选择时取10%裕量。

膨胀水箱在正常低水位下运行时，若补水中断，膨胀水箱应有补充系统30min正常泄漏量的能力。

补水阀故障关闭时，膨胀水箱到达低水位发出报警后，运行人员能在30min内打开补水旁路阀。

3.2 计算方法

膨胀水箱内的初始温度：Ti=10 ℃

膨胀水箱内的最终温度： Tf=44℃

闭式水的总容积Vf由闭式水系统管道ISO图和闭式水用户设备图纸得出：

Vf=320m3

考虑的闭式循环冷却水系统泄漏量： 闭式水量的0.5%

闭式水量：3 471.9m3/h

在正常低水位下运行时，膨胀水箱应有补充系统30min的正常泄漏量的能力，即：

Vmin=0.5×3 471.9×0.5% =8.68m3

膨胀水箱与大气连通，运行压力为：0.1013MPa

膨胀水箱的内径假定为Di=2.5m

膨胀水箱水位以上留有Hm=0.6m的高度，用于安装溢流水管道、液位装置等，即膨胀水箱上部留有空置容积：

3.3 计算结果

根据最终比容ρf=990.628kg/m3热膨胀系数是=0.916%

低—低水位时闭式膨胀水箱内水容积VL-L，应不小于由于热膨胀产生的体积变化：

VL-L≥Vth=Vf×0.916%=2.93m3

因此，高水位时膨胀水箱内的水容积是：

VH=Vth+Vmin =2.93+8.68=11.61m3

高-高水位时膨胀水箱内的水容积：

VH-H=VH+Vth=11.61+2.93=14.54m3

膨胀水箱筒身容积为：

Vc=VH-H+Vm=14.54+2.94=17.48m3

考虑留有10%的裕量，膨胀水箱容积选为：

Vx=1.1×Vc =19.23m3

4 结论

闭式膨胀水箱的容积计算在电厂机务设计中非常重要，它决定了膨胀水箱的选型及闭式水系统能否安全稳定的运行。本文着重探讨了闭式膨胀水箱的容积、选型和设计中应注意的一些问题。

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