探討兩相流管道設計技術在電廠管道設計中的應用

辛澤成

探討兩相流管道設計技術在電廠管道設計中的應用

辛澤成

（山東電力工程咨詢院有限公司 濟南 250013）

目前我國的經濟正進入工業化、信息化和跳躍式發展階段，經濟的快速發展離不開電力的推動，火力發電廠作為一種更方便、更快捷、更安全的系統出現，對國民經濟和社會發展有促進作用。在設計過程中，疏水相變是疏水管道的一個常見現象，它的出現容易增加水流的流動阻力，進而對工作設備造成投入影響，熱效率發生變化。為符合我國的可持續發展的要求，在疏水相變方面進行了相關改進，采用了兩相流管道設計技術，在保證火力發電廠安全高效運行的同時，還能起到減少資源浪費的作用。因此，本文主旨就是對兩相流管道設計技術在電廠管道設計中的應用進行探討，從介紹管內的流動工質相變產生的機理出發，對兩相流管道設計技術進行研究。

兩相流管道設計技術；相變；電廠管道設計；應用分析

在火力發電廠的設計過程中，出現兩相流動的氣液化管道是一種常見現象，它與單向流動管道之間的差別較大，尤其是在流動性方面。由于氣液化兩相流動管道所帶來的流動阻力較大，容易對管道產生震動作用，這也是火力發電廠在管道設計方面的一大難題。隨著我國經濟和社會的快速發展和不斷變化，對電廠設計方面的要求越來越嚴格，需要不斷對電廠管道設計的精確度進行提高，減少在工作過程中的不必要麻煩。本文從兩相流管道設計產生的機理出發，介紹了幾種可以減小管道摩擦及對其進行降壓的方法，加強兩相流管道設計技術在電廠管道設計中的應用。

1 兩相流管道設計技術的概述

1.1 工作流程

當前，兩相流動管道的使用范圍正在逐漸增加，已經發展較成熟的鍋爐水冷壁、直流鍋爐汽水分離器后疏水管道、加熱器疏水管道和暖風器疏水管道等，通過對兩相流動管道技術的研究發現，可以將其對管道所產生的阻力進行計算，對其工作流程進行分析。在電廠管道設計過程中，需要對發電廠的熱經濟性進行充分考慮，這也就為兩相流管道技術的應用增加了難度。以加熱器疏水管道為例進行工作流程分析，在工作過程中，首先是通過汽機本機抽出的蒸汽對加熱器進行換熱，在這個過程中容易形成飽和水和少量具有一定溫度的凝結水可以進行回收，利用這些回收來的水及其熱量，結合疏水逐級自流的方法，使其最終流動到凝汽器當中。其中需要注意的是疏水管道的工作流程，一般為在高壓力工作下為加熱器補水，并使凝結水進過多個門閥最終流如到壓力較低的給水加熱器中。

1.2 疏水管道相變的產生原理

電廠所采用的疏水逐級自流的方法需要對管道的高低壓進行一定的研究，在較高壓力處的飽和水會因為管道內的阻力以及管道進出口處的壓力差產生不同程度的重位壓降，同時調節閥和閘閥可以起到節流的作用，兩者相互結合可以產生降低水壓力的作用，進而導致疏水過飽和和管道內部汽液呈現兩相流的現象。

2 兩相流管道設計技術在電廠管道設計中的應用

（1）疏水管道兩相流動阻力的計算方法。通過對兩相流管道設計方法的研究，在阻力計算方法方面已經總結了集中典型的計算方法，它們的計算過程較為復雜，在精確度方面也在不斷加強，并加強子啊實際操作過程中的應用。現今世界各國所采用的阻力計算方法都不太一樣，受其計算參數范圍的影響，計算結果的偏差也存在較大的差異，所以在實際操作過程中需要根據實際需求對其進行計算方法選擇。對其計算方法進行總結，主要有原蘇聯1961年鍋爐水循環計算方法、馬蒂內里-納爾遜算法和我國電站鍋爐水動力計算方法，它們都是用于高壓及高工質流速的工作狀態，在計算誤差方面也有著不同的差距。

（2）摩擦阻力壓力降的計算在設計過程中的實際應用。兩相流管道設計技術主要考慮的就是在工作過程兩相流的壓力降，它要比相同質量流速的單相流大很多，增加汽液兩相流流動過程的復雜程度，也沒有相對應的摩擦阻力系數與雷諾數之間的通用關聯式可以直接使用，因此，摩擦阻力壓力降的計算在設計過程中通常采用半經驗性的關聯式來進行計算。引起摩擦阻力壓力降的主要原因有：管內壁持液使得管內徑變小，汽液兩相流流動產生的相互運動會降低界面的能量，導致界面能量損失，還有就是液體在管中起伏運動。在電廠管道設計過程中，對摩擦阻力壓力降進行計算可以對兩相流的流型進行確定，進而降低管路及設備之間的振動，并采取有效措施來避免柱狀流的出現。

（3）避免出現塞狀或彈狀流型。通過大量的理論研究和實踐證明，在電廠管道設計過程中如果兩相流動呈塞狀或彈狀流型，則容易引起管道內部的震動，在進行電廠管道設計是需要采用兩相流管道設計技術，綜合考慮壓力、氣液化程度、流速和管道直徑等影響因素，采取有效措施避免塞狀或彈狀流型的出現。在對流型的計算過程中，通常采用貝克流型圖，可以對垂直管道進行流型計算，這一步驟是十分重要的。兩相流管道設計技術可以最大限量的減少彎頭數量，管道的轉彎處往往是氣液兩相流動震動的主來來源，減少彎頭數量是最直接簡便的措施，并可以進一步提高管道的柔性。在彎頭的選擇上需要避免選用短半徑彎頭，根據物力學的動量定律可以得出，流體對管道的沖擊力與激振里之間是呈正相關的，兩相流管道設計技術可以調節管道內部的壓力，滿足流動阻力的要求，保證機組在運行過程中的疏水流暢。

3 結語

兩相流管道設計技術在電廠管道設計中的應用主要是對疏水管道中的相變進行調節，調節閥操作后如果出現氣液兩相流動現象，則壓降增加。因此，在進行電廠管道設計之前，必須對管道內部的流動阻力進行詳細計算，根據計算值對管道提出相應的設計要求，以保證管道后續操作過程中的疏水流動能力。同時還可以根據兩相流動的流型對管道的長度進行選擇，以及采取增大兩相流動管道直徑的辦法來降低兩相流動的壓力損失。面對日益嚴格的電廠管道設計要求，必須對管道設計技術進行嚴格的分析檢驗，確保管道設計的合理性、科學性，促進電廠的健康發展。

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2016-9-11