摘要：文章在分析火电厂蒸汽疏水阀门及管道系统的结构和传热特点的基础上，探讨并建立蒸汽疏水阀门的阀前管壁温度与内漏率之间的定量关系式，提出了以阀前管壁温度为检测参数的蒸汽疏水阀门内漏定量诊断方法，为火电厂减少泄漏造成的经济损失、提高设备运行效率及安全性提供必要的参照依据和技术支持。
关键词：电厂；蒸汽疏水管；疏水阀门；内漏；检测
引言
疏水系统阀门是火电厂中最为常用的热力设备之一，阀门内漏不仅会造成一定量的蒸汽短路不做功，还会增加凝汽器的热负荷，导致机组排汽真空降低，发电热耗增加。蒸汽疏水阀门内漏会引起工质能源的损失和机组经济性的降低。当 200MW机组和 300MW机组的蒸汽泄漏量达到主蒸汽流量的2%时，机组煤耗率将分别上升4．01g /（kW•h）和4．53g /（kW•h），会导致全国每年能源浪费上千万吨标煤。同时，电厂蒸汽疏水阀门承受高温高压作用，如果关闭不严，将遭受高温蒸汽的冲击和侵蚀，对设备和检修人员的安全构成威胁。可见，蒸汽疏水阀门内漏检测和治理是火电厂节能降耗和提高机组运行安全的当务之急。目前，电厂阀门内漏问题绝大部分依靠传统的拆卸、检修和更换手段来解决。由于缺乏无损的、定量的阀门内漏检测和诊断技术，许多正常运行的阀门设备被不正常地拆卸、检修和更换，结果造成多数阀门的过剩维修，浪费大量的人力、物力和财力。
1 工质传热及内漏率计算原理
热电厂蒸汽疏水阀门内漏时，管内工作介质通过管壁和保温层向周围环境放热，传热过程如图 1 所示，其中：Q1为疏水管内工作介质与管道内壁的对流换热量，Q2为疏水管道管壁与保温层之间的导热量，Q3为保温层外壁与保温层外部环境空气之间的对流换热量。
图 1 蒸汽疏水阀门内漏管道横向传热示意图
当疏水阀门的内漏率（单位时间的质量流量）一定时，疏水管道中的工质流动将逐渐稳定，存在特定的近似稳态的疏水管道温度分布。在给定工况下，稳态的纵向导热量小，疏水管道和保温层的任一横断截面或足够小段的上下截面可近似为热力对称边界，从而建立疏水管道和保温层横向传热的稳态热平衡方程，即 Q1= Q2= Q3。将前文疏水管道和保温层横向传热量的计算式代入，即可逐段计算出蒸汽疏水管道相应的泄漏量和管壁温度。
2 疏水阀门的内漏检测和诊断过程
基于工质传热及内漏率计算原理，蒸汽疏水阀门内漏的量化检测和诊断可以通过对目标阀门上游疏水管道合理设置的两个管壁温度测点进行实际温度测量和计算来实现（图2）。具体步骤如下：
（1）在诊断目标阀门（例如阀门 A1）上游，沿蒸汽疏水管道长度方向设置两个管壁温度测点，即温度传感器 1 和温度传感器 2；
（2）根据疏水阀门及管道系统结构参数及工况条件，计算不同泄漏量工况下两个测点处的管壁温度，建立泄漏量 G与测点温度 t 之间的定量关系式；
（3）通过对两个测点处的管壁温度进行测量和计算分析，进而实现蒸汽泄漏大小的反推计算和定量诊断。
图 2 蒸汽疏水阀门的管壁温度检测
3 试验系统及结果分析
3． 1 试验系统
以某电厂 600MW 亚临界参数机组的主蒸汽疏水阀及其疏水管道系统为试验对象，建立相应的内漏率量化检测和诊断试验系统（图 3），其中：阀 1 对阀 2 起保护作用，阀 2用于主蒸汽管道凝结水的正常疏排放，阀 3 用于安全保护；序号 1、2、…、16 是布设在疏水管道外壁的温度传感器的编号；蒸汽疏水管道公称直径为 DN80 － 89mm，疏水管道壁厚0． 012m，保温层平均厚度0．13m，主蒸汽温度为 540℃，凝汽器真空为5．0kPa，周围环境温度为 30℃。
图 3 蒸汽疏水阀门内漏率量化检测和诊断试验系统结构示意图
蒸汽疏水阀门内漏率量化检测和诊断试验系统主要包括 4 部分：（1）蒸汽流量测量装置（孔板流量计），用于测量蒸汽疏水管道中的工质流量，以便与疏水阀门内漏的温度检测诊断的漏泄量进行对比验证；（2）管壁温度传感器（热电阻传感器），用于实时测取蒸汽疏水管道外壁（保温层内）的实际温度；（3）环境测温计，用来测量蒸汽疏水阀门及管道系统的周围环境大气温度，以便确定蒸汽疏水阀门及管道系统的散热量；（4）传感器信号的输送、转换以及记录装置，用于将管壁温度传感器（热电阻传感器）测取的蒸汽疏水管道外壁实际温度转换成标准的电信号并进行相应的数据信息记录。
3． 2 试验结果分析
（1）主蒸汽压力分别为12． 8MPa 和13． 8MPa 条件下的蒸汽疏水管道管壁温度如图 5 所示，其中 G 为蒸汽疏水管道中的工质内漏率，不同数据点表示相应工质内漏率时通过温度传感器检测获得的管壁温度，趋势线表示管壁温度的理论计算曲线。从图4可见：蒸汽疏水管道管壁温度的检测数据与相应理论计算曲线能够较好地吻合；蒸汽疏水管道的阀前管壁温度随着疏水管道的长度（距主蒸汽管道的距离）增大而降低，近似呈二次曲线变化关系；当主蒸汽压力从12． 8MPa增加到13． 8MPa 时，相同内漏率的蒸汽疏水管道阀前管壁温度整体增大。
（a）主蒸汽压力12.8 MPa条件下
图 4 蒸汽疏水管道的管壁温度沿程变化
（b）主蒸汽压力13.8MPa条件下
（2）将蒸汽疏水管道上距离蒸汽主管道 2m 的位置作为蒸汽疏水管道外壁温度测量的第 1 测点，选择距离蒸汽主管道 4m 的位置作为蒸汽疏水管道外壁温度测量的第 2 测点，
得到主蒸汽压力分别为12． 8MPa 和13． 8MPa 条件下疏水管道两个壁温检测点（第1测点和第 2 测点）的温度平均值与内漏率关系（图5）。
图 5 疏水管道的两个壁温检测点温度平均值与内漏率关系
从图5 可见：蒸汽疏水管道的阀前管壁两测点平均温度与内漏率增减趋势具有一致性，近似呈二次曲线变化关系；内漏率较小的时候，阀前管壁两测点平均温度随内漏率变化较快；当主蒸汽压力从12． 8MPa 增加到13． 8MPa 时，蒸汽疏水管道的阀前管壁两测点平均温度整体上升，其上升幅度随内漏率的增加而减小；内漏率超出 85kg/h 以后，蒸汽疏水管道的阀前管壁两测点平均温度受到主蒸汽压力和内漏率变化的影响不明显。
（3）在相同工况下进行蒸汽疏水管道两个壁温检测点平均温度和内漏率关系的验证性检测分析，结果如表 1 所示。从表 1 可见：主蒸汽压力为12． 8MPa 时，利用蒸汽疏水管道两个壁温检测点平均温度进行内漏率定量计算的结果为113kg / h，与实际测量值的相对误差为0． 7%；主蒸汽压力为13． 8MPa 时，利用蒸汽疏水管道两个壁温检测点平均温度进行内漏率定量计算的结果为 79kg/h，与实际测量值的相对误差为1． 4%。
表 1 疏水管道壁温两个测点的平均温度和内漏率的检测分析结果
4 结束语
蒸汽疏水管道管壁温度的检测数据与相应理论计算曲线能够较好吻合；蒸汽疏水管道的阀前管壁温度随着疏水管道的长度（距主蒸汽管道的距离）增大而降低，近似呈二次曲线变化关系；当主蒸汽压力增加时，相同内漏率的蒸汽疏水管道阀前管壁温度整体增大。蒸汽疏水管道的阀前管壁两测点平均温度与内漏率增减趋势具有一致性，近似呈二次曲线变化关系；内漏率较小时，阀前管壁两测点平均温度随内漏率变化较快；当主蒸汽压力增加时，蒸汽疏水管道的阀前管壁两测点平均温度上升，其上升幅度随内漏率的增加而减小；内漏率超出 85kg/h后，蒸汽疏水管道的阀前管壁两测点平均温度上升空间很小，受到主蒸汽压力和内漏率变化的影响不明显。在两种不同的主蒸汽压力条件下，蒸汽疏水管道内漏率的计算值和实测值相对误差均小于5%，表明利用蒸汽疏水管道两个壁温检测点平均温度进行内漏率定量计算和诊断的方法具有较高的可靠性和准确性。
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论文作者:史宝娟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第7期
论文发表时间:2018/7/2
标签：疏水论文; 蒸汽论文; 管壁论文; 管道论文; 温度论文; 阀门论文; 工质论文; 《电力设备》2018年第7期论文;