核電站部分容量軸加及其旁路選型研究

鄭 鋼,趙丹陽

(國核電力規劃設計研究院，北京 100095)

核電站部分容量軸加及其旁路選型研究

鄭 鋼,趙丹陽

(國核電力規劃設計研究院，北京 100095)

核電站部分容量軸加的容量及其旁路節流孔板的選型需通過計算來確定，通過計算可以發現設備廠家提供的軸加容量是否滿足系統運行要求，要確保凝結水最小流量再循環流量不至于過大，并可以根據文中提供的方法選出合適的節流孔板孔徑，計算出凝結水最小流量再循環流量。

軸封加熱器，節流孔板， 凝結水最小流量再循環

0 引 言

軸封加熱器(以下簡稱軸加)是汽輪機軸封和門桿蒸汽系統的重要設備，為了維持汽輪機的軸封漏汽能夠在軸加中冷卻凝結，不至于蒸汽從汽輪機軸端漏到廠房和汽輪機潤滑油系統，無論啟動停機、低負荷還是正常運行，都必須保證有足量的凝結水冷卻軸加。同時為了保證凝泵不汽蝕，凝泵也必須保證任何時候不能低于其允許的最小流量。凝結水的最小流量再循環流量取凝泵組和軸加最小流量(如果軸加為部分容量，則取凝結水主管路上的流量)的較大值。

核電站主蒸汽為飽和蒸汽，蒸汽參數低，凝結水量很大，為了降低軸加成本和軸加制造難度，軸加往往采用了與火電全容量不同的部分容量，軸加設有帶節流孔板的旁路。(如圖1所示)如果軸加容量選型偏小，將導致凝結水系統最小流量再循環流量過大，甚至導致系統無法正常運行；如果孔板選型不當，凝結水量將不滿足設計要求，有時還容易發生管路振動。文中將結合某核電工程實際，探討一下部分容量軸加容量及其旁路節流孔板的選型。

1 計算目標及思路

計算目標及思路如圖1所示。

1.1計算目標

(1)判斷廠家提供的軸加容量是否滿足系統運行要求。

(2)如果計算判定廠家提供的軸加容量偏小，提出合適的軸加容量。

(3)根據廠家提供的最終的軸加容量，計算出軸加旁路節流孔板尺寸，確定凝結水最小流量再循環流量。

圖1 某核電站部分容量軸加凝結水系統示意圖

1.2計算思路

(1)根據廠家提供的軸加正常流量和阻力(如圖2所示)，計算正常流量下，軸加一側的阻力即P1-P2(見圖1)，此阻力就等軸加旁路側的壓力降，從而確定旁路節流孔板的壓差。

圖2 軸加流量阻力曲線

(2)根據旁路節流孔板的壓差，確定節流孔板的級數，計算出節流孔板的孔徑。

(3)根據廠家提供的軸加最小流量和阻力，計算出最小流量下，軸加一側的阻力，此阻力就等軸加旁路側的壓力降，再根據節流孔板的孔徑，計算出通過軸加旁路的流量。

(4)核算軸加最小流量運行時，計算出通過凝結水主管路的流量Qz=Q1+Q2(見圖1)，比較凝泵組和凝結水主管路上的最小流量Qz的較大值，并需核算凝結水主路上的最小流量Qz不大于單臺凝泵的正常運行流量。

(5)若凝結水主路上的最小流量Qz大于單臺凝泵的正常運行流量，則重復上述4個步驟，直至選出合適最小流量和正常流量的軸加。

(6)最后一步，核算在凝結水最大流量情況下通過軸加的流量不超過其上限值。

2 計算過程及主要公式

2.1正常流量軸加一側阻力

軸加一側阻力，主要包括軸加本體的設備阻力，管系的沿程阻力和局部阻力

(1)軸加本體的設備阻力為廠家提供的數值；

(2)管系的沿程阻力：

直管段沿程損失計算：

式中：λw1為沿程阻力系數；lw1為管路長度。

(3)管系的局部阻力(含彎頭、三通、閥門等)：

汽水管道彎頭阻力計算：

式中：ζf為彎頭阻力系數；λ為彎頭摩擦阻力系數；v為介質比容；Di為管內徑；w1為介質流速，m/s。

管系的阻力建議采用AFT Fathom計算，這樣可以縮減工作量，提高數據的正確性和可靠性，凝結水系統管系的AFT Fathom模型如圖3所示。

圖3 某核電站部分容量軸加凝結水系統AFT Fathom部分計算模型

2.2正常流量下的節流孔板的壓差、級數和孔徑

(1)節流孔板的壓差=正常流量軸加一側阻力-軸加旁路側的管系阻力(不含節流孔板本身)

軸加旁路側的管系阻力的計算公式參見2.1節中(2)(3)相關公式。

(2)孔板級數確定：

Δp=p1-p2

式中：Δps為阻塞壓差；FL為液體壓力恢復系數，取值為0.9；Ff為臨界壓力比系數；p1為孔板進口壓力，MPa；p2為孔板出口壓力，MPa；pv為相應設計溫度下飽和蒸汽壓力，MPa；pc為水的熱力學臨界壓力，為22.5 MPa。

其中，p1、p2可以根據Fathom軟件得出。如果Δp<Δp，則只采用一級節流即可；如果Δp>Δps，且p2>pv，此時只采用一級節流孔板會引起氣蝕，需要考慮2級節流。

(3)節流孔板的孔徑計算

確定好節流級數后，以正常冷卻水流量為基準流量，進行節流孔徑的選取。

節流板孔徑：

式中：Q為通過孔板流量，t/h；ρ為水的密度，kg/m3。2.3 計算軸加最小流量下，通過軸加旁路的流量

(1)計算軸加最小流量下，軸加一側阻力，計算方法同2.1節中(1)(2)(3)

(2)再根據2.2節(3)以及2.1節中(2)(3)迭代求出通過軸加旁路的流量Q2。

2.4確定凝結水最小流量再循環流量

(1)根據凝泵廠家提供的資料，確定單臺凝泵最小流量；考慮到機組運行時，如果兩臺在運行凝泵出口壓力低，將會聯鎖啟動第三臺凝泵，此時如果除氧器水位出現高高水位，則凝結水去除氧器的調閥關閉，凝結水最小流量再循環閥將開啟，雖然此種工況發生概率極低，但考慮到核電機組的安全、可靠性，凝泵組最小流量為3×單泵最小流量。

(2)軸加最小流量運行時，凝結水主管路上的最小流量Qz=軸加最小流量Q1+軸加旁路流量Q2。

2.5比較凝結水主管路上的最小流量Qz與單臺凝泵的正常流量

比較確定凝結水主管路上的最小流量是否小于單臺凝泵的正常流量。由于汽輪機軸封投運很早，如果凝結水主管路上的最小流量大于單臺凝泵的正常流量，則軸封投運前，機組必須啟動兩臺凝泵；在機組低負荷(大約小于50%)運行時，也必須維持至少兩臺凝泵在運行，這是不經濟的，也是不合理的，另外也會造成凝結水最小流量再循環流量過大，最小流量再循環閥造價提高很多。所以建議凝結水最小流量再循環流量小于單臺凝泵的正常流量。

3 計算結果

計算結果見表1。

表1 某核電站軸加及其旁路節流孔板計算成果表

注：(1)單臺凝泵最小流量為530t/h,則凝泵組最小流量為530×3=1 590t/h; (2)單臺凝泵的正常運行流量為2 050t/h。

從計算的上表可以看出， 凝結水主管路上的最小流量Qz=400+2 648=3 048t/h>單臺凝泵正常運行流量2 050t/h<1 590t/h;據此可以判定，設備廠家初始提供的軸加容量偏小。軸加容量增大后，滿足了凝結水系統的運行要求，凝結水最小流量再循環流量為1 797t/h,孔板孔徑為314mm。

4 結束語

核電站部分容量軸加的容量及其旁路節流孔板選型關系到機組的安全、可靠運行，必須通過計算來核算設備廠家提供的軸加容量是否與凝結水系統匹配，保證凝結水最小流量再循環流量在合理的范圍內，并選出部分容量軸加旁路節流孔板合理大小的孔徑。

[1]DL/T5054-1996,火力發電廠汽水管道設計技術規定[S].

[2]NB/T20193-2012,核電廠常規島汽水管道設計技術規定[S].

[3]DTP-M-NF-03003,MECHANICALDISCIPLINETECHNICALPROCEDURE.SHEATERDRAINLINESDESIGNCRITERIA[S].SHAWStone&Webster,Inc.

[4]HeatExchangeInstitute(HEI),StandardsforClosedFeedwaterHeaters，2004版

[5] 陳 娟. 節流孔板在發電廠的應用[J].廣東電力，2004(8)：46-48.

Study on Part Capacity Gland Steam Heater and its BypassUsed for Nuclear-fueled Plants

ZHENG Gang, ZHAO Dan-yang

(State Nuclear Electric Power Planning Design & Research Institute, Beijing 100095, China)

Capacity of part capacity gland steam heater and throttle orifice in its bypass need to be confirmed by actuation, we will find that if the capacity which is supplied by manufactory can be satisfied to system operation. We must confirm that condensate recirculation is not too large. Also size of throttle orifice and flow of condensate recirculation can be got by methods in this article.

Gland steam heater; Throttle orifice; Condensate recirculation

2015-06-20

2015-06-29

鄭鋼(1981-)，男，熱能與動力工程專業，工程師，主要從事AP1000壓水堆核電站常規島、大型火電機組機務專業的設計工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.07.002

TL27

B

1009-3230(2015)07-0004-04