钢铁企业自备电厂高压加热器紧急放水系统的选择与分析

2021-11-19陈丽

冶金动力 2021年5期

陈丽

（重庆赛迪热工环保工程技术有限公司，重庆 401122）

前言

高压加热器紧急放水系统在高压加热器因管子破裂，大量给水进入壳侧，造成高水位时，能自动开启紧急放水阀，以维持高压加热器的正常水位，防止给水倒流入汽轮机对设备造成损坏。钢铁企业自备电厂的中、小型机组的高压加热器紧急放水阀大多采用电动阀，当电动阀开启时，大量的高能热水将瞬间导入下游系统中，为了保证管道的流通能力，应对高压加热器紧急放水量进行合理的选择。高压加热器紧急放水的去处也应根据钢厂自备电厂占地紧张的特点进行合理的选择。

1 钢铁企业自备电厂典型给水加热系统

随着高参数、小型化发电技术的推广，钢铁企业自备电厂的机组参数已不再局限于传统的中温中压或高温高压。目前，高温超高压机组作为成熟技术，在钢铁企业中的应用最为广泛。

高温超高压汽轮机的给水加热系统通常设置为两级高压加热器，见图1所示。

图1 给水加热系统图

《火力发电厂汽轮机防进水和冷蒸汽导则》（DL/T 834-2003）（以下简称《导则》），提出了三项独立的保护系统：

（1）正常水位控制的加热器汽侧自动疏水系统；

（2）由高水位、超高水位控制的事故放水和加热器汽侧隔离系统；

（3）由高水位、超高水位控制的事故放水和加热器水侧隔离系统。

以钢铁企业自备电厂的典型给水加热系统为例，通常采用（1）+（2）+（3）的汽、水侧隔离系统作为防止给水倒流入汽轮机的保护系统。相关的报警及阀门动作如下。

（1）高水位报警

当加热器水位升高至高水位时，正常疏水阀组及紧急放水阀组均开启。

（2）超高水位报警

当加热器水位升高至超高水位时，则水位保护动作，水侧旁路阀门开启，加热器进出水阀门及汽侧进汽阀门均关闭。

由以上的保护系统可知，紧急放水主要解决高水位的问题。当加热器水位进一步升高时，则由快速关闭汽、水侧阀门来避免汽轮机进水。

2 高压加热器紧急放水量的计算

《火力发电厂汽水管道设计规范》（DL/T5054-2016）（以下简称《管规》）第9.3.6 条文如下：给水加热器紧急放水量应取下列二者较大值，并加上10%的裕度：

1）不小于最大负荷下管侧给水流量的10%。

2）一根加热器管子可按两个断口破裂流出的水量考虑，可按下式计算：

式中：Q——一根管子破裂流出的水量，m3/h；

Di——管子公称内径，mm；

Pt——管侧设计压力，MPa；

Ps——壳侧设计压力，MPa。

且《管规》第9.3.6条文说明中：上式是在断口流量系数取0.9，水温为20℃时得出的。因此，在实际计算中应考虑温度修正[1]，以上公式可写为：

式中：ρ——高压加热器管程设计温度下的液相密度，kg/m3。

某钢厂自备电厂有一套135MW 高温超高压机组，有两级高压加热器。按最大负荷管侧给水流量的10%计算出紧急放水的流量为Qm=44t/h。

按一根管子同时破裂（两个断口）时流出的水量计算出紧急放水的流量，相关的计算数据如表1。

表1 按一根管子同时破裂（两个断口）时流出的水量计算

根据以上计算结果可知，每一级高压加热器的紧急放水量均应以一根管子同时破裂（两个断口）时流出的水量设计基准值，并考虑10%的富裕量，作为加热器的紧急放水量。

3 高压加热器紧急放水的连接系统

关于高压加热器紧急放水的去处，《管规》的条文如下：给水加热器的紧急放水应单独引至高压加热器紧急疏水扩容器或凝汽器等。《导则》的条文如下：加热器事故疏水管单独布置，不应合并为一路，推荐排入a）凝汽器；b）专用的疏水扩容器，其工质可回收或不回收。另外，1996 版《管规》的条文说明中提到“对于中、小型机组，加热器紧急放水，在工程设计中一般都排至定期排污扩容器或引至循环水吸水口处。”因此，目前中、小型机组的高压加热器紧急放水的去处主要有凝汽器、高加紧急疏水扩容器、定期排污扩容器。下面具体进行分析。