探讨两相流管道设计技术在电厂管道设计中的应用

辛泽成

探讨两相流管道设计技术在电厂管道设计中的应用

辛泽成

（山东电力工程咨询院有限公司 济南 250013）

目前我国的经济正进入工业化、信息化和跳跃式发展阶段，经济的快速发展离不开电力的推动，火力发电厂作为一种更方便、更快捷、更安全的系统出现，对国民经济和社会发展有促进作用。在设计过程中，疏水相变是疏水管道的一个常见现象，它的出现容易增加水流的流动阻力，进而对工作设备造成投入影响，热效率发生变化。为符合我国的可持续发展的要求，在疏水相变方面进行了相关改进，采用了两相流管道设计技术，在保证火力发电厂安全高效运行的同时，还能起到减少资源浪费的作用。因此，本文主旨就是对两相流管道设计技术在电厂管道设计中的应用进行探讨，从介绍管内的流动工质相变产生的机理出发，对两相流管道设计技术进行研究。

两相流管道设计技术；相变；电厂管道设计；应用分析

在火力发电厂的设计过程中，出现两相流动的气液化管道是一种常见现象，它与单向流动管道之间的差别较大，尤其是在流动性方面。由于气液化两相流动管道所带来的流动阻力较大，容易对管道产生震动作用，这也是火力发电厂在管道设计方面的一大难题。随着我国经济和社会的快速发展和不断变化，对电厂设计方面的要求越来越严格，需要不断对电厂管道设计的精确度进行提高，减少在工作过程中的不必要麻烦。本文从两相流管道设计产生的机理出发，介绍了几种可以减小管道摩擦及对其进行降压的方法，加强两相流管道设计技术在电厂管道设计中的应用。

1 两相流管道设计技术的概述

1.1 工作流程

当前，两相流动管道的使用范围正在逐渐增加，已经发展较成熟的锅炉水冷壁、直流锅炉汽水分离器后疏水管道、加热器疏水管道和暖风器疏水管道等，通过对两相流动管道技术的研究发现，可以将其对管道所产生的阻力进行计算，对其工作流程进行分析。在电厂管道设计过程中，需要对发电厂的热经济性进行充分考虑，这也就为两相流管道技术的应用增加了难度。以加热器疏水管道为例进行工作流程分析，在工作过程中，首先是通过汽机本机抽出的蒸汽对加热器进行换热，在这个过程中容易形成饱和水和少量具有一定温度的凝结水可以进行回收，利用这些回收来的水及其热量，结合疏水逐级自流的方法，使其最终流动到凝汽器当中。其中需要注意的是疏水管道的工作流程，一般为在高压力工作下为加热器补水，并使凝结水进过多个门阀最终流如到压力较低的给水加热器中。

1.2 疏水管道相变的产生原理

电厂所采用的疏水逐级自流的方法需要对管道的高低压进行一定的研究，在较高压力处的饱和水会因为管道内的阻力以及管道进出口处的压力差产生不同程度的重位压降，同时调节阀和闸阀可以起到节流的作用，两者相互结合可以产生降低水压力的作用，进而导致疏水过饱和和管道内部汽液呈现两相流的现象。

2 两相流管道设计技术在电厂管道设计中的应用

（1）疏水管道两相流动阻力的计算方法。通过对两相流管道设计方法的研究，在阻力计算方法方面已经总结了集中典型的计算方法，它们的计算过程较为复杂，在精确度方面也在不断加强，并加强子啊实际操作过程中的应用。现今世界各国所采用的阻力计算方法都不太一样，受其计算参数范围的影响，计算结果的偏差也存在较大的差异，所以在实际操作过程中需要根据实际需求对其进行计算方法选择。对其计算方法进行总结，主要有原苏联1961年锅炉水循环计算方法、马蒂内里-纳尔逊算法和我国电站锅炉水动力计算方法，它们都是用于高压及高工质流速的工作状态，在计算误差方面也有着不同的差距。

（2）摩擦阻力压力降的计算在设计过程中的实际应用。两相流管道设计技术主要考虑的就是在工作过程两相流的压力降，它要比相同质量流速的单相流大很多，增加汽液两相流流动过程的复杂程度，也没有相对应的摩擦阻力系数与雷诺数之间的通用关联式可以直接使用，因此，摩擦阻力压力降的计算在设计过程中通常采用半经验性的关联式来进行计算。引起摩擦阻力压力降的主要原因有：管内壁持液使得管内径变小，汽液两相流流动产生的相互运动会降低界面的能量，导致界面能量损失，还有就是液体在管中起伏运动。在电厂管道设计过程中，对摩擦阻力压力降进行计算可以对两相流的流型进行确定，进而降低管路及设备之间的振动，并采取有效措施来避免柱状流的出现。

（3）避免出现塞状或弹状流型。通过大量的理论研究和实践证明，在电厂管道设计过程中如果两相流动呈塞状或弹状流型，则容易引起管道内部的震动，在进行电厂管道设计是需要采用两相流管道设计技术，综合考虑压力、气液化程度、流速和管道直径等影响因素，采取有效措施避免塞状或弹状流型的出现。在对流型的计算过程中，通常采用贝克流型图，可以对垂直管道进行流型计算，这一步骤是十分重要的。两相流管道设计技术可以最大限量的减少弯头数量，管道的转弯处往往是气液两相流动震动的主来来源，减少弯头数量是最直接简便的措施，并可以进一步提高管道的柔性。在弯头的选择上需要避免选用短半径弯头，根据物力学的动量定律可以得出，流体对管道的冲击力与激振里之间是呈正相关的，两相流管道设计技术可以调节管道内部的压力，满足流动阻力的要求，保证机组在运行过程中的疏水流畅。

3 结语

两相流管道设计技术在电厂管道设计中的应用主要是对疏水管道中的相变进行调节，调节阀操作后如果出现气液两相流动现象，则压降增加。因此，在进行电厂管道设计之前，必须对管道内部的流动阻力进行详细计算，根据计算值对管道提出相应的设计要求，以保证管道后续操作过程中的疏水流动能力。同时还可以根据两相流动的流型对管道的长度进行选择，以及采取增大两相流动管道直径的办法来降低两相流动的压力损失。面对日益严格的电厂管道设计要求，必须对管道设计技术进行严格的分析检验，确保管道设计的合理性、科学性，促进电厂的健康发展。

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2016-9-11