給水泵汽輪機自帶排汽裝置的開發研究

劉 靜，邊技超，白雅賀

(中國能源建設集團北京電力設備總廠有限公司，北京 102401)

0 引言

隨著我國市場經濟政策的日益完善，國企尤其是制造業國企面臨著越來越大的競爭壓力。所以怎樣在日常經營過程中不斷拓展業務領域，滿足客戶日益多樣的個性化需求就成了重中之重[1-3]。隨著國家環保政策的日益嚴格，火電行業的發展受到了很大限制，所以我廠的傳統的拖動電廠鍋爐給水泵用汽輪機的發展受到了很大影響，而應對辦法之一就是要大力開拓化工、鋼鐵、冶金、煤炭等非電領域的市場。傳統電廠給水泵汽輪機進排汽等熱力參數變化不大，排汽管道一般直接與主機凝汽器相連，排汽直接進入主機凝汽器[4-6]。但是化工、鋼鐵等非電領域給水泵汽輪機更加強調“定制化”生產，每個項目的給水泵汽輪機的進汽參數都有可能差距很大，需要針對每一個項目進行“定制化”設計開發。

排汽裝置連接在給水泵汽輪機低壓缸與空冷島之間，具有排汽管道、凝結水收集、疏水擴容等功能[7]。本文介紹了某煤化工項目中，直接空冷凝汽式汽動鍋爐給水泵自帶排汽裝置的開發過程，最終運行結果也表明了排汽裝置良好的功能與性能，為同類產品的開發提供了一定借鑒意義。

1 機組介紹

某煤化工項目，主機為1臺100 MW高溫高壓抽汽凝汽式直接空冷發電汽輪機，配套2臺電動鍋爐給水泵和1臺直接空冷凝汽式汽動鍋爐給水泵。給水泵汽輪機排汽并不是進入主機凝汽器，而是通過自帶的排汽裝置進入空冷凝汽器。排汽裝置是連接汽輪機低壓缸與空冷島之間的一個重要設備，其兼有排汽管道、凝結水收集、疏水擴容等功能，排汽裝置設置在直接空冷汽輪機組上，與低壓缸通過膨脹節連接，典型的直接空冷凝汽式汽輪機排汽系統如圖1所示。汽輪機軸封用汽來自動力裝置的低壓蒸汽管，經減壓閥調節后供給小機軸封；軸封回汽和門桿漏汽經軸封冷卻器冷卻凝結后進入小機排汽裝置，小機主汽門疏水和前、后汽缸疏水直接接入小機排汽裝置疏水擴容器。

2 開發設計方案

此項目的具體熱力參數如表1所示。另外其需要接收的介質包括：凝結水泵再循環水、軸封加熱器疏水、汽封調節站溢流回汽、汽缸本體低點疏水、主蒸汽管道疏水、汽輪機低壓缸排汽以及凝結水泵排空等，所以需要按照上述參數和介質要求設計排汽裝置本體。

表1 各工況點具體熱力參數表

經過計算、校核與設計，最終確定了如下設計方案：

1)排汽裝置殼體采用焊接鋼結構，其剛度和強度能承受管道的轉移荷載、自重和內外壓差；

2)排汽裝置殼體采用適當的肋板加固，使來自汽輪機和管道的振動不對排汽裝置造成沖擊和共振；

3)排汽裝置內部流量分布與擋板布局合理，足以防止高速或高溫流體沖蝕管束和結構部件；

4)排汽裝置熱井出水口設有防渦流裝置且高于熱井底部100 mm，以防止雜物進入，同時該處設置濾網；熱井放水口管道帶有真空隔離門，能在1 h內排出正常水位下的全部凝結水；

5)熱井內布置疏水擴容器，其容積、強度、橫截面積、內部管道布局均滿足向排汽裝置的排汽、疏水要求；

6)汽頸部裝設有不銹鋼膨脹節，以便吸收汽機排汽缸在任何方向上偏離排汽缸水平中心線與垂直中心線的位移。

3 各部件開發設計

3.1 二級減溫減壓消能裝置

此級減溫減壓消能裝置，直接布置在排汽裝置上，主要作用是使得低壓過熱蒸汽通過該裝置減壓及減溫后，低于排汽裝置允許的最高溫度和壓力，然后進入排汽裝置，用于汽輪機啟動時保證空冷島冬季正常啟動，低壓過熱蒸汽主要參數如表2所示。

表2 低壓過熱蒸汽熱力參數表

二級減溫減壓消能裝置暫按照15 t/h考慮。二級消能裝置減溫水考慮采用凝結水，凝結水正常運行壓力為0.25～0.5 MPaG之間。根據以上要求進行了設計、開發，然后經過反復計算、模擬，最終成功完成了二級減溫減壓消能裝置的開發。

3.2 接口的受力計算[8-10]

排汽裝置上有大量接口，如表3所示。

表3 排汽裝置接口

根據相關標準及業主要求，最終設計、計算、校核、優化的結果滿足了如下要求：

1)接口定位尺寸滿足工程安裝要求；

2)主要接口各個方向受力不小于10 kN；

3)主要接管標明允許管道傳遞的反力、力矩及管道的最高工作壓力，及其最危險的受力組合，滿足業主要求。

3.3 彈性支座的開發設計

為了使得排汽裝置在空載、運行、充水試驗時均可以避免荷載超量，而不會引起排汽裝置的過量變形，需要將其底部支座設計為彈性支座，并設定死點座。

為此對其進行了反復計算、校核與模擬，使得其滿足設計要求。彈性支座結構外形如圖2所示，設定的死點座如圖3所示。最終開發完成的直接空冷凝汽式鍋爐給水泵汽輪機排汽裝置的功能設計、結構、性能、安裝和試驗等方面均能滿足現場運行要求，并且滿足國家有關安全、環保等強制性標準。裝置外形如圖4所示，具體結構如圖5所示。

4 結論

本文以某煤化工項目為例，根據要求分析確定了具體開發方案，介紹了二級減溫減壓消能裝置、彈性支座、接口應力計算等，形成了排汽裝置的設計與加工圖紙。最終運行結果也表明了排汽裝置良好的功能與性能，為同類產品的開發提供了一定借鑒意義。