电厂安全阀排汽管道热力计算及应用

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1、2011年11月HuadianTechnologyNov．2011电厂安全阀排汽管道热力计算及应用张馨(广东省电力设计研究院，广东广州510663)摘要:介绍了排汽管道布置形式及排放过程，重点论述了开式、闭式排放系统的热力计算方法。在ASMEB31．1计算方法的基础上，采用汽轮机管道设计技术规定的方法求解临界质量体积比，2种计算方法的结合使得计算精度高，可操作性强，在实际应用中效果明显。关键词:安全阀排汽管道;排放系统;热力计算;应用范围;防反喷中图分类号:TK11+2文献标志码:A文章编号:1674－1951(2011)11－0009－03开式、闭式排

2、放系统的布置在电厂中，安全阀排汽主要分为开式排放和闭式排放2种类型。开式排放是指流体通过安全阀后，排放到不与安全阀相连接的排汽管中;闭式排放是指由1根直接与安全阀相连接的排放管将排泄物排放到远处。2种排放的典型布置如图1、图2所示。1图2闭式排放布置绝热过程。通常安全阀进、出口压差较大，如进口压力通常大于1．0MPa，出口压力一般为大气压(0．1MPa)，故出口背压与进口压力之比往往小于0．1。对于理想双原子气体而言，其绝热指数k=1．400，与之相对应的临界压力比gcr=0．528;对于过热水蒸气而言，其绝热指数k=1．300，与之相对应的临界压力比g

3、cr=0．546;对于干饱和水蒸气而言，其绝热指数k=1．135，与之相对应的临界压力比gcr=0．577。故流体的流动过程可视为渐缩喷管的临界出流过程，在安全阀面积最小处达到最大流速。开式布置如图1所示。蒸汽从安全阀的喉部开始经历了一个自由膨胀过程到达阀管的进口(1点)，由于通流面积突然扩大，蒸汽的压力和流速下降，焓值升高，从阀管进口到阀管出口(2点)，蒸汽流动为可压缩流体等截面有摩阻的绝热流动，通常蒸汽在2点又达到临界流动。蒸汽从阀管出口又经历了一个自由膨胀过程到达排放管进口(3点)，在排放管过程中，蒸汽经历了一个较低质量流速的芬诺线到达排放管出口(

4、4点)。图1开式排放布置为了使布置合理，需要对这2种布置进行热力计算并对其应用进行讨论。2开式、闭式排放系统的热力计算在进行布置设计时，必须根据工程的特点，选用合理的排放方式。在计算过程中，校核反喷和根据反力计算支吊架的载荷往往是工程设计人员关注的焦点。排放过程分析根据热力过程，在安全阀内部，气体流动可视为2．1收稿日期:2011－05－13;修回日期:2011－07－22·10·华电技术第33卷闭式布置如图2所示。蒸汽从安全阀出口经历一个可压缩流体等截面有摩阻的绝热流动后，即直接排向大气，在通常情况下，蒸汽在排出口2点达到临界流或者亚临界状态。汽的亚临

5、界出流时，应通过调整布置、增大管径等方式，避免产生亚临界出流。(3)根据排放管出口参数反算排放管进口参数。蒸汽从排汽放管道进口到出口经历的是一个等管径绝热有摩擦阻力的流动过程，根据管道出口参数求解入口参数首先需要求解临界质量体积比βc。对于排放管进口，求解出临界质量体积比β34c后，即可顺利得到其他参数，开式排放系统的计算对于安全阀排汽的计算来说，常用的有3种方法:按滞止压力和滞止质量体积计算临界参数，汽水管道设计技术规定即采用这种方法;按滞止焓来计算临界参数，ASMEB31．1采用此方法;按排汽过程的经验焓降确定终态热力参数。根据工程经验，一般认为AS

6、MEB31．1采用的方法更为可取，该方法计算步骤如下。(1)计算安全阀后阀管出口处的设计压力和速度2．23()p4，k+1k－1p=β34c－22β34cv4v=，3β34cqVv3w3=。A342(h0－a)(4)计算排放反力及校核反喷。安全阀开启后，稳态流动所产生的反作用力同时包括动量和压力的影响。管道各处的排放反力计算公式如下，w2=槡2b－1qm2(h0－a)b－1，p2=A×槡b2b－112F=qw+(p－p)A，2V22at12v2A12，F3=qVw3+(p3－pat)A34，F4=qVw4+(p4－pat)A34。在工程中，支吊架载荷需要

7、考虑排放反力的影响。同时，为了保证蒸汽在疏水盘处不发生反喷现w2=qm式中:A12为管道通流面积，m;qm为质量流量，kg/s;2h0为滞止比焓值，J/kg;p2为绝对压力，Pa;w2为流3速，m/s;v2为质量体积，m/kg;b为蒸汽特性参数，J/kg。蒸汽状态参数a，b取值见表1。象，必须保证F＞F。232．3ASME算法的改进在ASMEB31．1中，求解临界质量体积比采用的是图解法，ASMEB31．1采用的是图解法，查图标计算虽然直观且易操作，但误差相对较大且在参数较低或者较高的情况下可能存在计算结果不在图解范围内，出现无法求解的情况。针对图解法的

8、缺点，推荐采用参考文献［1］的求解方程法表1蒸汽状态参数选用kJ/kg排汽终态a