除氧器結(jié)構(gòu)設(shè)計計算程序開發(fā)

李一劍　趙德芳

摘? ?要：除氧器是電站重要輔機之一，為了提高除氧器的設(shè)計效率，開發(fā)除氧器結(jié)構(gòu)設(shè)計計算程序就顯得非常必要。本文闡述了除氧器設(shè)計程序的主要功能、使用效果、程序運用GB/T150-2011、《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、ASME-BPVC.VIII-1-2017、《電站壓力式除氧器安全技術(shù)規(guī)定》等標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)定的理論、計算公式、材料數(shù)據(jù)，結(jié)合多年的設(shè)計經(jīng)驗，通過Excel文檔，采用VBA語言開發(fā)出本程序，利用本程序，提高了除氧器初步結(jié)構(gòu)設(shè)計計算準(zhǔn)確性、高效性、全面性及靈活性。

關(guān)鍵詞：除氧器? 結(jié)構(gòu)設(shè)計? 數(shù)據(jù)表? 程序開發(fā)

中圖分類號：TM621.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）03（b）-0054-02

1? 引言

電站除氧器設(shè)計過程中，設(shè)備性能、結(jié)構(gòu)尺寸等相關(guān)數(shù)據(jù)必不可少的，為了縮短技術(shù)準(zhǔn)備時間，特開發(fā)此計算程序。

除氧器的數(shù)據(jù)包括設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、有效容積、總?cè)莘e、筒體的強度要求厚度、封頭的強度計算厚度、疏水出口的最小內(nèi)徑、筒體的需要長度、筒體的重量設(shè)備、封頭重量、內(nèi)件重量、設(shè)備凈重量、運行重量、總重量、安全閥排放量、大部件尺寸、載荷等數(shù)據(jù)。

2? 程序主要功能

2.1 主參數(shù)計算

根據(jù)《電站壓力式除氧器安全技術(shù)規(guī)定》[1]第二章的內(nèi)容及用戶需求，計算除氧器的設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、貯水容積、全幾何容積、單個出水管最小內(nèi)徑、試算或者檢驗鍋爐在最大連續(xù)蒸發(fā)量運行時給水消耗量所需分鐘數(shù)。

2.2 結(jié)構(gòu)計算

根據(jù)用戶需求，確定設(shè)計規(guī)范（ASME或GB150），確定設(shè)備內(nèi)徑，選取相應(yīng)材料，程序?qū)⒆詣佑嬎阍O(shè)備容積結(jié)構(gòu)，通過自動提取所選擇材料在設(shè)計溫度、設(shè)計壓力及相應(yīng)設(shè)計規(guī)范下的許用應(yīng)力值，根據(jù)GB150-2011[2]、《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[3]、ASME-2017[4]強度計算相關(guān)公式進行自動計算，計算出承壓部件壁厚。

2.3 數(shù)據(jù)表模塊

根據(jù)前面計算后確定的除氧器內(nèi)徑、長度、筒身長度、筒身壁厚、封頭壁厚及機組容量的選擇等，程序自動根據(jù)相關(guān)公式計算出筒體重量、封頭重量、內(nèi)件碳鋼重量、內(nèi)件不銹鋼重量、平臺扶梯重量、設(shè)備凈重、設(shè)備運行重、設(shè)備總重、平臺扶梯重量，并將各個計算數(shù)據(jù)填入到數(shù)據(jù)表中，數(shù)據(jù)表規(guī)范性的信息將自動錄入到輸出模板。

2.4 安全閥排放量的計算模塊

程序根據(jù)《電站壓力式除氧器安全技術(shù)規(guī)定》附錄C內(nèi)容第一節(jié)“安全閥最大排汽量計算”中相關(guān)公式編制計算，并建立響應(yīng)數(shù)據(jù)表，通過對安全閥需要排氣量的確定，選擇安全閥的規(guī)格，確定安全閥的選擇是否合理，并計算出單只安全閥的最大排氣量。

2.5 大部件尺寸及性能表

根據(jù)需求的數(shù)據(jù)，與前面計算過的相關(guān)數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)，生成相應(yīng)數(shù)據(jù)表格。

2.5.1 大部件尺寸

根據(jù)計算除氧器的長度、外直徑及工作經(jīng)驗圓整值，可計算出關(guān)鍵部件凈重。

2.5.2 除氧器性能數(shù)據(jù)表

包含排汽量、提升溫度、濃度差、滑壓范圍、冷態(tài)啟動中所需的預(yù)暖時間，濃度差等將生成數(shù)據(jù)表體現(xiàn)。

2.5.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)表

結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)表包含項目名稱、設(shè)備形式、型號、殼體材料、封頭材料、設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、最大出力、有效容積、除氧器噴嘴壓降、運行方式、外形尺寸、整體高度、安裝后總高度、焊縫系數(shù)、腐蝕俗量、設(shè)備凈重、運行重、滿水重等數(shù)據(jù)[5]。

2.5.4 測量特性表

根據(jù)用戶需求，一般要求提供安全閥、溫度計、壓力表、液位計等配套件的特性數(shù)據(jù)表。這些配套件的相關(guān)數(shù)據(jù)，將與程序進行數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，如安全閥的公稱直徑、流通量、液位計的尺寸規(guī)格及設(shè)計壓力等。

2.6 接口規(guī)格表

程序先將現(xiàn)有除氧器接口統(tǒng)計為一個庫表，使用者可根據(jù)自己的需要或者日積月累進行修改或者擴充，程序在庫表的右邊建立了一個隨機表，使用者只需按用戶需求調(diào)整相應(yīng)內(nèi)容的順序，在名稱列的下拉菜單選取名稱就可以了，其余數(shù)值將對應(yīng)輸出顯示。

2.7 供貨范圍表

此模塊不僅提供了庫表供使用者添加或者修改，而且還提供供貨范圍表的外購件、進口件的篩選等功能，免去查找生產(chǎn)廠家、規(guī)格的麻煩，大大地提高了準(zhǔn)確率和效率。

3? 信息輸入界面

通過熱平衡圖，進行原始數(shù)據(jù)輸入，信息輸入分為以下5種類型：

⑴絕對選擇信息。

有頭或者無頭除氧器的選擇、機組大小的選擇與給水百分比、設(shè)計規(guī)范、材料選擇、筒身焊接接頭系數(shù)。

⑵絕對輸入信息。

項目名稱（后面的“另存到指定目錄”就是以這個單元格的內(nèi)容命名的）、加熱蒸汽壓力（a）、加熱蒸氣總量、出口給水量、給水出口溫度、VWO工況下蒸汽溫度、要求儲水分鐘數(shù)。

⑶默認輸入信息。

正常水位距中心線距離、封頭直段長度、設(shè)計壓力安全系數(shù)。

⑷選擇或者輸入信息。

設(shè)備內(nèi)徑的大小、出水口距底部距離、腐蝕裕量、厚度負偏差、筒身工藝減薄量、封頭工藝減薄量。

⑸計算后供參考輸入信息。

筒身取用長度、選用設(shè)計壓力（g）、除氧器額定出力（設(shè)計取用）、除氧器蒸汽管道設(shè)計溫度、除氧器本體設(shè)計溫度、選用有效容積、筒體取用厚度（名義厚度）、標(biāo)準(zhǔn)封頭取用厚度（名義厚度）。

程序信息輸入界面如圖1。

4? 程序的特殊處理

（1）輸出格式的處理：結(jié)合實際工作，將設(shè)計過程中除文字以外的內(nèi)容以表格的形式輸出;

（2）供貨范圍、接口數(shù)據(jù)的處理：程序?qū)⒐┴浄秶⒔涌跀?shù)據(jù)表的配件生產(chǎn)廠家的查詢、外購件與進口件進行歸類，解決了使用過程中的無序性、名稱的不統(tǒng)一等問題;

（3）數(shù)據(jù)的提?。航毂?，利用Excel表格，通過VBA函數(shù)配合進行提取;

（4）歸檔處理：保存命令不僅自動將文件以工程名、計算日期為文件名進行保存到指定文件，同時將該工程的主要參數(shù)信息（如設(shè)計壓力、有效容積等）自動錄入到一個“目錄”工作薄里面并保存，方便以后查詢、比較、統(tǒng)計;

（5）修正計算：根據(jù)不同情況，有些電廠要求主要設(shè)計數(shù)據(jù)根據(jù)熱平衡圖計算確定，有些電廠是由相關(guān)設(shè)計院來確定好部分設(shè)計數(shù)據(jù)，程序設(shè)計了修正計算，我們采取了通過計算得到數(shù)據(jù)，然后根據(jù)計算數(shù)據(jù)修正最終數(shù)據(jù)進行錄入;

（6）許用應(yīng)力的選取：程序?qū)⒉煌瑖也牧系目估瓘姸圈襜和屈服強度σs建立庫表，然后根據(jù)設(shè)計規(guī)范要求確定該設(shè)計規(guī)范下的材料的許用應(yīng)力，擴大了材料的適用性;

5? 程序使用效果

程序通過晉城2×300MW機組、越南擴建330MW機組、印度電站 3×660MW超臨界機組工程、淮北2×660MW機組等電站項目除氧器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的使用，程序充分展現(xiàn)了在除氧器初步設(shè)計階段的準(zhǔn)確性、高效性、全面性及靈活性。

6? 結(jié)語

通過火電300MW、600MW機組的工程驗證，程序針對除氧器結(jié)構(gòu)的計算，從信息輸入到文件數(shù)據(jù)的輸出，系統(tǒng)、完善地包含了結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)的全過程，程序自動生成數(shù)據(jù)表、支座載荷表、安全閥排放量計算表、接口表、供貨范圍表。以上數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、全面，表明程序可靠，方便快捷，達到了程序化的目的，通過了設(shè)計應(yīng)用的考核。

參考文獻

[1] 電站壓力式除氧器安全技術(shù)規(guī)定[Z].能源安保[1991]709號 1991.8.

[2] GB/T150-2011壓力容器[S].中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)公告（2017年第7號）.

[3] TSG 21-2016固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].國家質(zhì)量檢驗檢疫總局，2016.

[4] 孫永貴，陳德昌.新型除氧器的設(shè)計和研究[J].電站輔機，1997（1）：4-12.

[5] 李斌.ASME規(guī)范在除氧器及水箱強度計算中的應(yīng)用及計算程序編制[J].電站輔機，2001（2）：7-11.