鋼鐵企業自備電廠高壓加熱器緊急放水系統的選擇與分析

陳麗

（重慶賽迪熱工環保工程技術有限公司，重慶 401122）

前言

高壓加熱器緊急放水系統在高壓加熱器因管子破裂，大量給水進入殼側，造成高水位時，能自動開啟緊急放水閥，以維持高壓加熱器的正常水位，防止給水倒流入汽輪機對設備造成損壞。鋼鐵企業自備電廠的中、小型機組的高壓加熱器緊急放水閥大多采用電動閥，當電動閥開啟時，大量的高能熱水將瞬間導入下游系統中，為了保證管道的流通能力，應對高壓加熱器緊急放水量進行合理的選擇。高壓加熱器緊急放水的去處也應根據鋼廠自備電廠占地緊張的特點進行合理的選擇。

1 鋼鐵企業自備電廠典型給水加熱系統

隨著高參數、小型化發電技術的推廣，鋼鐵企業自備電廠的機組參數已不再局限于傳統的中溫中壓或高溫高壓。目前，高溫超高壓機組作為成熟技術，在鋼鐵企業中的應用最為廣泛。

高溫超高壓汽輪機的給水加熱系統通常設置為兩級高壓加熱器，見圖1所示。

圖1 給水加熱系統圖

《火力發電廠汽輪機防進水和冷蒸汽導則》（DL/T 834-2003）（以下簡稱《導則》），提出了三項獨立的保護系統：

（1）正常水位控制的加熱器汽側自動疏水系統；

（2）由高水位、超高水位控制的事故放水和加熱器汽側隔離系統；

（3）由高水位、超高水位控制的事故放水和加熱器水側隔離系統。

以鋼鐵企業自備電廠的典型給水加熱系統為例，通常采用（1）+（2）+（3）的汽、水側隔離系統作為防止給水倒流入汽輪機的保護系統。相關的報警及閥門動作如下。

（1）高水位報警

當加熱器水位升高至高水位時，正常疏水閥組及緊急放水閥組均開啟。

（2）超高水位報警

當加熱器水位升高至超高水位時，則水位保護動作，水側旁路閥門開啟，加熱器進出水閥門及汽側進汽閥門均關閉。

由以上的保護系統可知，緊急放水主要解決高水位的問題。當加熱器水位進一步升高時，則由快速關閉汽、水側閥門來避免汽輪機進水。

2 高壓加熱器緊急放水量的計算

《火力發電廠汽水管道設計規范》（DL/T5054-2016）（以下簡稱《管規》）第9.3.6 條文如下：給水加熱器緊急放水量應取下列二者較大值，并加上10%的裕度：

1）不小于最大負荷下管側給水流量的10%。

2）一根加熱器管子可按兩個斷口破裂流出的水量考慮，可按下式計算：

式中：Q——一根管子破裂流出的水量，m3/h；

Di——管子公稱內徑，mm；

Pt——管側設計壓力，MPa；

Ps——殼側設計壓力，MPa。

且《管規》第9.3.6條文說明中：上式是在斷口流量系數取0.9，水溫為20℃時得出的。因此，在實際計算中應考慮溫度修正[1]，以上公式可寫為：

式中：ρ——高壓加熱器管程設計溫度下的液相密度，kg/m3。

某鋼廠自備電廠有一套135MW 高溫超高壓機組，有兩級高壓加熱器。按最大負荷管側給水流量的10%計算出緊急放水的流量為Qm=44t/h。

按一根管子同時破裂（兩個斷口）時流出的水量計算出緊急放水的流量，相關的計算數據如表1。

表1 按一根管子同時破裂（兩個斷口）時流出的水量計算

根據以上計算結果可知，每一級高壓加熱器的緊急放水量均應以一根管子同時破裂（兩個斷口）時流出的水量設計基準值，并考慮10%的富裕量，作為加熱器的緊急放水量。

3 高壓加熱器緊急放水的連接系統

關于高壓加熱器緊急放水的去處，《管規》的條文如下：給水加熱器的緊急放水應單獨引至高壓加熱器緊急疏水擴容器或凝汽器等。《導則》的條文如下：加熱器事故疏水管單獨布置，不應合并為一路，推薦排入a）凝汽器；b）專用的疏水擴容器，其工質可回收或不回收。另外，1996 版《管規》的條文說明中提到“對于中、小型機組，加熱器緊急放水，在工程設計中一般都排至定期排污擴容器或引至循環水吸水口處。”因此，目前中、小型機組的高壓加熱器緊急放水的去處主要有凝汽器、高加緊急疏水擴容器、定期排污擴容器。下面具體進行分析。

3.1 高壓加熱器緊急放水引至凝汽器

高壓加熱器緊急放水引至凝汽器的系統簡單，環節少，管路短，是最佳的高壓加熱器緊急放水系統。在工程設計中，根據美國HEI《表面式凝汽器》中5.4.3 的要求，合理設計消能裝置，使排入凝汽器的高能熱水壓力控制在1.72 MPa，且將事故放水閥盡可能布置在凝汽器附近。

3.2 高壓加熱器緊急放水引至高加緊急疏水擴容器

高壓加熱器緊急放水引至高加緊急疏水擴容器的系統，需要單獨設置一個擴容器，該擴容器設有噴水，容器內不易超溫超壓，因此安全可靠。但是，鋼廠自備電廠用地緊張，因此汽機廠房的布置非常緊湊，汽機島周圍布置的管道和設備已經非常多，該擴容器需布置在凝汽器附近，排汽管與凝汽器上部連接，使得汽機島下的空間極為擁擠。

3.3 高壓加熱器緊急放水引至定期排污擴容器

高壓加熱器緊急放水引至定期排污擴容器的系統，系統較為簡單，緩解了汽機島附近設備管道布置的壓力。但是，采用該系統時需注意以下問題。

（1）需要增加定期排污擴容器的容積，以容納該部分排水；

（2）高壓加熱器和定期排污擴容器的位置不宜過遠；

（3）高壓加熱器緊急放水接入定期排污擴容器前，應在靠近容器處設止回閥，防止容器內二次蒸汽倒流至放水管道中；

（4）排水管道規格的選用要充分考慮汽水兩相流動；

（5）排水管道上應設有排水點，每次緊急放水啟動結束后，及時排出管內余水，避免下次緊急放水啟動時，大量熱水沖擊管內冷水而造成管道振動。

4 結論

在鋼鐵企業的高壓加熱器緊急放水系統的設計，應按溫度修正后的公式計算放水量，并根據汽機房布置緊湊的特點，盡可能選用高壓加熱器緊急放水引至凝汽器的系統。