两相流管道设计技术在电厂管道设计中的应用

林 肖

（浙江城建煤气热电设计院有限公司，浙江 杭州 310000）

现阶段，我国的经济已经进入工业化、信息化以及跳跃式发展阶段，当然经济的飞速发展也离不开电力事业的进步；发电厂是一种更快捷、更方便、更安全的系统，它的出现对于国民经济与社会发展有促进作用。在设计发电厂期间，一般需要设计汽液两相流动的管道。通过对单相流动管道与两相流动管道的对比研究发现，两相流动管道的流动阻力更大、极易震动，且流动特性也存在差异，导致发电厂管道设计面临着更高的难度。目前，与设计发电厂两相流管道相关的文章其实并不多。由于我国电力工业的不断发展，电厂设计的精准度的日趋提升，有必要不断提升两相流管道的设计水平。

1 加热器疏水管道运作程序的分析

在发电厂管线设计中，两相流管线在其中的应用领域极为广泛，其中主要涉及加热器疏水管线、锅炉水冷壁与暖风器疏水管线等，由于两相流管线被广泛应用于各式各样的电力设备中，所以也促使发电厂管线设计问题类型愈发丰富。针对我国现阶段发电厂具体运作情况来说，在多数中小型气轮机组常规运作过程中，都是先借助加热器对发电厂气轮机组中的自气机本体内存在的蒸气进行抽取，同时进行换热操作，再借助疏水逐级直流的形式，全面整合饱和水及凝结水，以此对工质与其富含的热量进行全面的吸收。在加热器疏水管线常规运作程序中，给水加热器对水进行低高压加热后，低压加热处理所获得的蒸气便会传输到凝气器内，而高压加热处理所获取的蒸气则会传输至除氧器内，然后再借助调压阀进行全面调整，由此达到气轮机组管线疏水的目的。然而，通常在发电厂机组常规运作过程中，机组常规作业往往是由于两相流管线内气液流体的不断混合并流动等多种因素，造成机组管线产生振动，由于气液长期不规则运动，管线震动现象愈发严重，由此就极易造成由于气液运动状态水分过多流失，导致机组热经济持续下降，而这不但会对发电机组常规运作的可靠性造成许多不利的影响，同时还提升了机组和管线结构的危险性。所以，为了最大限度地提高发电厂机组常规运作质量与效果，对两相流管线进行高效、科学及综合性的设计，这些两相流问题对管线结构运作的可靠性与安全性产生的负面影响，需要进行改善与处理。

2 疏水管道相变形成基本原理

随着科学技术不断的发展，对资源的需求量也越来越大，尤其是电力资源。在目前电厂运行中常常存在疏水相变的现象，这个问题会严重阻碍发电的过程，同时发生一系列的问题。我们对发电厂疏水管线运作程序进行分析，当发电机组进行疏水逐级自流操作时，因为高压力饱和水及凝结水在管线中存在一定的流动阻力，同时管线入口位置经常会由于压力差而出现重位压降的现象，并且在阀门和调压阀形成的相互作用下，使管线内的疏水压力下降，会让管线在输送疏水过程中出现饱和问题，导致管线内气液两相流出现问题。在对疏水管道内存有气液相变的基本原理分析过程中，将发电厂内机组常规运行工作质量当做稳定动态的参考依据，按照相关稳定流动能量方程进行全面的推算；对于绝热疏水管线热量流动而言，如果热量损失为0，那么在管线中，无论是工质还是气液流动化对管线对外轴功同样为0。除此之外，在发电机组管线内凝结水压力不断下降的状态下，其中饱和水富含的焓值同样会随之下降，一旦疏水管线内饱和水及凝结水平均焓数值和其他疏水入口相比相对较低，那么一些饱和水及凝结水便会出现相变问题，从而导致管线之内气液两相流动问题出现。

由于凝结水压力的不断下降，与之对应的压力下饱和凝结水焓值也会随之减小。一旦基于某一压力下输水管道的饱和液相焓比其疏水入口焓值低，那么一些凝结水会出现相变，形成两相流动。

3 两相流阻力的主要计算方式

在现阶段广泛推行的技术规定中，针对一些两相流管线阻力计算方式进行了简单的阐述，然而其多数都是借助积分法展开计算，这种计算主要具有流程烦琐、精准性较低等多种特性，在具体两相流管线设计环节往往无法获得有效的运用。随着时代的不断发展与科学的不断进步，国际上采取的两相流阻力计算方式均有所差异，并且由于其计算工质所采取的参考依据有所差异，所以其计算最终结果之间都存在一定的差异，而且在具体计算时必须按照实际工质参数选择更具适宜性的计算方式，对两相流阻力进行全面的计算，其中最具代表性的就是原苏联1961 年锅炉水循环计算法以及马蒂内里—纳尔逊计算法。

图1 两相流管道设计

4 两相流管道设计技术在电厂管道设计中的主要应用

为了对两相流管线设计在发电厂中的主要应用进行探究，以下主要以某电厂25 MW 机组疏水管线设计为例展开分析。就该电厂机组而言，某气轮机厂所制造25 MW 背压式型号的气轮机，额定功率为2.5 万kW，额定转速为3 000 r/min，进汽压力8.83 MPa（a），进汽温度为535℃，额定进汽量为182.5 t/h，排汽压力为0.9 MPa（a）。基于额定运行情况下，其加热器2 条管线中的疏水参数见表1。

表1 加热器2 条管线中的疏水参数

就该汽轮机而言，其1 号疏水管线借助水平设置形式进行设计，把重位压降长时间控制在0，因为疏水管线长时间在额定状态中运行，早已出现相变现象，所以能够对机组内动压所产生的压降展开忽略操作。当1 号管线对凝结水进行传输时，工质与混合物干度会维系在2.5 左右，而密度维系在328 kg/m3，并且其流速为1.80 m/s。并且由于1 号疏水管线内的阀门阻力系数约为0.5，粗糙水平为0.23，所以在工质步入管线后，因为阀门和管线间存有较强的摩擦阻力；所以，管线在单相液体输送至调节阀的位置以前，往往并不会出现相变现象。除此之外，发电厂机组2 号高压加热器通将疏水传输至除氧器内，因为2 号管线内调节阀所存在的两相摩擦系数较高，所以为了达到疏水管线传输阻力的标准需求，对调节阀具体位置给予适当的调整与修正就变得十分重要，借助调节阀调整到除氧器周围，能够对发电厂机组两相流管线长度达到全面控制的目的，促使两相流管线长度的缩短与管径规格增大，使疏水管线进出口位置存在的阻力不断提升，这样最大限度地防止发电机组管线发生两相流现象，为发电厂机组相关设备以及两相流管线常规运作的有效性与可靠性奠定良好的基础，从而不断地提升疏水管线的运行效率，提升发电厂管线设计质量与效果，进而提高发电厂管线设计的综合水平。

5 结语

综上所述，在发电厂加热器疏水管线的设计过程中，为了最大程度地使疏水全过程更具通畅性，防止管线由于两相水流冲刷及两相水流撞击所导致的震动现象出现，就必须在发电厂加热器疏水管线中设置适量的气液两相流设施，在确保工程项目建设造价的前提下，减少机械设备故障问题对疏水管线常规运行产生的不利影响；与此同时，为了更好地避免水流出现阻塞等各种问题的发生，还应该在对加热器疏水管线进行设计时采用大管径管材，同时科学地安排弯头所在区域，才可以促使加热器疏水管线运行质量与效率获得有效的提升，从而为发电厂管道设计水平进一步提高奠定良好的基础。为了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，采用两相流管道设计技术，在保证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。