郑 钢,赵丹阳

(国核电力规划设计研究院，北京 100095)

核电站部分容量轴加及其旁路选型研究

郑 钢,赵丹阳

(国核电力规划设计研究院，北京 100095)

核电站部分容量轴加的容量及其旁路节流孔板的选型需通过计算来确定，通过计算可以发现设备厂家提供的轴加容量是否满足系统运行要求，要确保凝结水最小流量再循环流量不至于过大，并可以根据文中提供的方法选出合适的节流孔板孔径，计算出凝结水最小流量再循环流量。

轴封加热器，节流孔板， 凝结水最小流量再循环

0 引 言

轴封加热器(以下简称轴加)是汽轮机轴封和门杆蒸汽系统的重要设备，为了维持汽轮机的轴封漏汽能够在轴加中冷却凝结，不至于蒸汽从汽轮机轴端漏到厂房和汽轮机润滑油系统，无论启动停机、低负荷还是正常运行，都必须保证有足量的凝结水冷却轴加。同时为了保证凝泵不汽蚀，凝泵也必须保证任何时候不能低于其允许的最小流量。凝结水的最小流量再循环流量取凝泵组和轴加最小流量(如果轴加为部分容量，则取凝结水主管路上的流量)的较大值。

核电站主蒸汽为饱和蒸汽，蒸汽参数低，凝结水量很大，为了降低轴加成本和轴加制造难度，轴加往往采用了与火电全容量不同的部分容量，轴加设有带节流孔板的旁路。(如图1所示)如果轴加容量选型偏小，将导致凝结水系统最小流量再循环流量过大，甚至导致系统无法正常运行；如果孔板选型不当，凝结水量将不满足设计要求，有时还容易发生管路振动。文中将结合某核电工程实际，探讨一下部分容量轴加容量及其旁路节流孔板的选型。

1 计算目标及思路

计算目标及思路如图1所示。

1.1计算目标

(1)判断厂家提供的轴加容量是否满足系统运行要求。

(2)如果计算判定厂家提供的轴加容量偏小，提出合适的轴加容量。

(3)根据厂家提供的最终的轴加容量，计算出轴加旁路节流孔板尺寸，确定凝结水最小流量再循环流量。

图1 某核电站部分容量轴加凝结水系统示意图

1.2计算思路

(1)根据厂家提供的轴加正常流量和阻力(如图2所示)，计算正常流量下，轴加一侧的阻力即P1-P2(见图1)，此阻力就等轴加旁路侧的压力降，从而确定旁路节流孔板的压差。

图2 轴加流量阻力曲线

(2)根据旁路节流孔板的压差，确定节流孔板的级数，计算出节流孔板的孔径。

(3)根据厂家提供的轴加最小流量和阻力，计算出最小流量下，轴加一侧的阻力，此阻力就等轴加旁路侧的压力降，再根据节流孔板的孔径，计算出通过轴加旁路的流量。

(4)核算轴加最小流量运行时，计算出通过凝结水主管路的流量Qz=Q1+Q2(见图1)，比较凝泵组和凝结水主管路上的最小流量Qz的较大值，并需核算凝结水主路上的最小流量Qz不大于单台凝泵的正常运行流量。

(5)若凝结水主路上的最小流量Qz大于单台凝泵的正常运行流量，则重复上述4个步骤，直至选出合适最小流量和正常流量的轴加。

(6)最后一步，核算在凝结水最大流量情况下通过轴加的流量不超过其上限值。

2 计算过程及主要公式

2.1正常流量轴加一侧阻力

轴加一侧阻力，主要包括轴加本体的设备阻力，管系的沿程阻力和局部阻力

(1)轴加本体的设备阻力为厂家提供的数值；

(2)管系的沿程阻力：

直管段沿程损失计算：

式中：λw1为沿程阻力系数；lw1为管路长度。

(3)管系的局部阻力(含弯头、三通、阀门等)：

汽水管道弯头阻力计算：

式中：ζf为弯头阻力系数；λ为弯头摩擦阻力系数；v为介质比容；Di为管内径；w1为介质流速，m/s。

管系的阻力建议采用AFT Fathom计算，这样可以缩减工作量，提高数据的正确性和可靠性，凝结水系统管系的AFT Fathom模型如图3所示。

图3 某核电站部分容量轴加凝结水系统AFT Fathom部分计算模型

2.2正常流量下的节流孔板的压差、级数和孔径

(1)节流孔板的压差=正常流量轴加一侧阻力-轴加旁路侧的管系阻力(不含节流孔板本身)

轴加旁路侧的管系阻力的计算公式参见2.1节中(2)(3)相关公式。

(2)孔板级数确定：

Δp=p1-p2

式中：Δps为阻塞压差；FL为液体压力恢复系数，取值为0.9；Ff为临界压力比系数；p1为孔板进口压力，MPa；p2为孔板出口压力，MPa；pv为相应设计温度下饱和蒸汽压力，MPa；pc为水的热力学临界压力，为22.5 MPa。

其中，p1、p2可以根据Fathom软件得出。如果Δp<Δp，则只采用一级节流即可；如果Δp>Δps，且p2>pv，此时只采用一级节流孔板会引起气蚀，需要考虑2级节流。

(3)节流孔板的孔径计算

确定好节流级数后，以正常冷却水流量为基准流量，进行节流孔径的选取。

节流板孔径：

式中：Q为通过孔板流量，t/h；ρ为水的密度，kg/m3。2.3 计算轴加最小流量下，通过轴加旁路的流量

(1)计算轴加最小流量下，轴加一侧阻力，计算方法同2.1节中(1)(2)(3)

(2)再根据2.2节(3)以及2.1节中(2)(3)迭代求出通过轴加旁路的流量Q2。

2.4确定凝结水最小流量再循环流量

(1)根据凝泵厂家提供的资料，确定单台凝泵最小流量；考虑到机组运行时，如果两台在运行凝泵出口压力低，将会联锁启动第三台凝泵，此时如果除氧器水位出现高高水位，则凝结水去除氧器的调阀关闭，凝结水最小流量再循环阀将开启，虽然此种工况发生概率极低，但考虑到核电机组的安全、可靠性，凝泵组最小流量为3×单泵最小流量。

(2)轴加最小流量运行时，凝结水主管路上的最小流量Qz=轴加最小流量Q1+轴加旁路流量Q2。

2.5比较凝结水主管路上的最小流量Qz与单台凝泵的正常流量

比较确定凝结水主管路上的最小流量是否小于单台凝泵的正常流量。由于汽轮机轴封投运很早，如果凝结水主管路上的最小流量大于单台凝泵的正常流量，则轴封投运前，机组必须启动两台凝泵；在机组低负荷(大约小于50%)运行时，也必须维持至少两台凝泵在运行，这是不经济的，也是不合理的，另外也会造成凝结水最小流量再循环流量过大，最小流量再循环阀造价提高很多。所以建议凝结水最小流量再循环流量小于单台凝泵的正常流量。

3 计算结果

计算结果见表1。

表1 某核电站轴加及其旁路节流孔板计算成果表

注：(1)单台凝泵最小流量为530t/h,则凝泵组最小流量为530×3=1 590t/h; (2)单台凝泵的正常运行流量为2 050t/h。

从计算的上表可以看出， 凝结水主管路上的最小流量Qz=400+2 648=3 048t/h>单台凝泵正常运行流量2 050t/h<1 590t/h;据此可以判定，设备厂家初始提供的轴加容量偏小。轴加容量增大后，满足了凝结水系统的运行要求，凝结水最小流量再循环流量为1 797t/h,孔板孔径为314mm。

4 结束语

核电站部分容量轴加的容量及其旁路节流孔板选型关系到机组的安全、可靠运行，必须通过计算来核算设备厂家提供的轴加容量是否与凝结水系统匹配，保证凝结水最小流量再循环流量在合理的范围内，并选出部分容量轴加旁路节流孔板合理大小的孔径。

[1]DL/T5054-1996,火力发电厂汽水管道设计技术规定[S].

[2]NB/T20193-2012,核电厂常规岛汽水管道设计技术规定[S].

[3]DTP-M-NF-03003,MECHANICALDISCIPLINETECHNICALPROCEDURE.SHEATERDRAINLINESDESIGNCRITERIA[S].SHAWStone&Webster,Inc.

[4]HeatExchangeInstitute(HEI),StandardsforClosedFeedwaterHeaters，2004版

[5] 陈 娟. 节流孔板在发电厂的应用[J].广东电力，2004(8)：46-48.

Study on Part Capacity Gland Steam Heater and its BypassUsed for Nuclear-fueled Plants

ZHENG Gang, ZHAO Dan-yang

(State Nuclear Electric Power Planning Design & Research Institute, Beijing 100095, China)

Capacity of part capacity gland steam heater and throttle orifice in its bypass need to be confirmed by actuation, we will find that if the capacity which is supplied by manufactory can be satisfied to system operation. We must confirm that condensate recirculation is not too large. Also size of throttle orifice and flow of condensate recirculation can be got by methods in this article.

Gland steam heater; Throttle orifice; Condensate recirculation

2015-06-20

2015-06-29

郑钢(1981-)，男，热能与动力工程专业，工程师，主要从事AP1000压水堆核电站常规岛、大型火电机组机务专业的设计工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.07.002

TL27

B

1009-3230(2015)07-0004-04