摘要：汽轮机回热抽汽系统的设计范围为：由汽轮机各级抽汽口至对应回热加热器加热蒸汽进口所有管道及附件的选型和布置设计，包括系统拟定和管道布置两个部分。从设计程序上，应先进行系统拟定，后根据系统进行管道布置。工程设计应本着安全第一的原则，设计的主要依据为国家标准、行业标准以及依据国家和行业标准编制的地方或企业标准，而图书及期刊只能作为参考资料使用。有的设计人员不掌握汽轮机回热抽汽系统的设计流程，造成设计不合理或设计必须环节的遗漏；有的对汽轮机回热抽汽系统设计的关键点和需要注意的问题掌握不好，致使设计存在安全隐患。
关键词：汽轮机；回热抽汽系统；设计要点
1回热抽汽系统概述
由于回热抽汽管道一侧是汽轮机，一侧是加热器（包括除氧器），在汽轮机突降负荷、甩负荷或低负荷运行时，如果操作不当，就可能使湿蒸汽或水倒流入汽轮机，引起汽轮机超速或水击事故，为此，在抽汽管道上装设了气动或液动止回阀和电动隔离阀。当电网甩负荷、汽轮机发生故障或加热器水侧水位超警戒水位时，能迅速切断抽汽管路。电动隔离阀还可用于加热器故障停用时，切断加热汽源而不影响汽轮机的运行。止回阀和隔离阀一般靠近汽轮机抽汽口布置，以减少抽汽管道上可能储存的蒸汽能量。对于300MW以上的机组，由于除氧器汽化能量大，为加强保护，在与除氧器连接的抽汽管道上均增设一个止回阀。另外在每一根与抽汽管道相连的外部蒸汽管道上也装设了止回阀和隔离阀。
2系统拟定
2.1系统拟定原则
系统拟定必须以汽轮热平衡为基础，结合工程需要，完成系统流程的拟定、管道及附件的选型、控制联锁条件要求、运行说明等。
2.2系统拟定要点
2.2.1必须满足汽轮机热平衡的要求
汽轮机抽汽系统管径选择必须满足汽轮机热平衡中规定的各级抽汽流量和压降要求，管道及附件强度必须满足汽轮机热平衡中规定的各级抽汽压力和温度要求，以保证运行安全，达到回热加热效果，确保汽轮机效率。
2.2.2气动止回阀
为防止汽轮机甩负荷时，回热加热器中的饱和水闪蒸倒流入汽轮机引起汽轮机超速，汽轮机回热抽汽管道上一般需设置止回阀，止回阀同时也作为防止汽轮机进水的辅助措施。对于能级较高的抽汽管道必须设置止回阀，对于能级较低且不足以引起汽轮机超速的抽汽管道可不设止回阀，是否设置止回阀及每级抽汽管道上设置止回阀的数量，需汽轮机制造厂通过汽轮机超速分析确定。超速分析原则：假如汽轮机甩负荷发生，需要关闭抽汽止回阀，但某级抽汽止回阀因某种原因未能关闭或延迟关闭，此时该级加热器内的饱和水闪蒸倒流入汽轮机，若所引起的汽轮机超速值在汽轮机制造厂的允许范围内，可只装设一道止回阀，否则应串联装设两道止回阀。
对于同一类型的机组的同一级回热抽汽，因回热加热器的配置型式、回热加热器布置、抽汽管道布置等的不同，汽轮机超速分析的结果会有所不同。对于未做汽轮机超速分析而抽汽管道只装一道止回阀的机组，曾发生过多次汽轮机超速事故。如：某厂300MW亚临界机组，各级较高能级的抽汽管道（至除氧器的抽汽管道两道，凝汽器喉部的低压加热器抽汽管道未装设止回阀）均装设一道止回阀，在机组甩负荷时，由于某种原因一级抽汽管道止回阀未能关闭，其他各级抽汽管道上的抽汽止回阀延时10s关闭，造成汽轮机超速至3592r/min。因止回阀需与汽轮机的甩负荷信号联锁，所以止回阀必须采用动力操作阀门。为保证汽轮机安全，止回阀应采用失去动力关闭型式，所以不能采用电动止回阀，可采用气动或液动型式。一般采用气动止回阀，既能满足要求，造价也较低。
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2.2.3疏水阀
为了能在汽轮机启动、停机及低负荷阶段，将抽汽管道积存的凝结水及时排除，避免积水倒流入汽轮机造成汽轮机大轴弯曲、汽缸变形或叶片断裂等恶性事故，在抽汽管道所有低位点均设有用于启动、停机和低负荷的疏水，疏水阀应采用动力操作型式，与汽轮机的低负荷信号（具体负荷由汽轮机制造厂提供）和甩负荷信号联锁，避免误操作或忘记开启等情况发生。如某厂210MW机组在冷态启动过程中，高压外缸手动疏水阀因某种原因未能打开，汽缸夹层积水未能及时排除而被蒸汽带入汽缸，使汽缸上下壁温差超限，造成大轴弯曲事故。
为保证汽轮机安全，疏水阀应采用失去动力开启型式，与止回阀同样原因，一般采用气动疏水阀。对于蒸汽不流动的死端或者因工艺需要有可能被阀门隔断处，应设置带疏水器的经常疏水；建议对于蒸汽过热度小于56℃蒸汽管道低位点应设置带疏水器的经常疏水。经常疏水也可采用带水位测点的疏水收集器加气动疏水阀型式，疏水收集器的内径不得小于150mm，疏水收集器长度需满足装设水位开关的要求且不得小于230mm。
3管道布置
3.1布置原则
汽轮机抽汽管道布置应短捷、整齐、美观，并应满足应力、对设备推力、介质压降和汽轮机防进水的要求。
3.2电动隔离阀
抽汽管道上的电动隔离阀应尽量靠近汽轮机抽汽口布置，也就是尽量远离回热加热器布置。在汽轮机和回热加热器布置不变的前提下，电动隔离阀距离汽轮机抽汽口越近，其距离回热加热器的加热蒸汽进口就越远，回热加热器中的水倒流至电动隔离阀所需时间就越长，对电动隔离阀的关闭时间要求就越宽松，有利于防止水倒流入汽轮机，保证汽轮机安全。
3.3气动止回阀
抽汽管道上的气动止回阀应尽量靠近汽轮机抽汽口布置，抽汽止回阀距汽轮机抽汽口越近，止回阀与汽轮机抽汽口之间的管道容积空间越小，其所积存的蒸汽容积也越小，汽轮机甩负荷时倒流入汽轮机的蒸汽量就越少，引起汽轮机超速的危险性就越低，有利于保证汽轮机安全。电动隔离阀和气动止回阀的安装前后顺序没有要求，任何一个靠近汽轮机安装都可以。
3.4抽汽管道安装坡度
3.4.1坡度方向
为保证疏水顺畅且容易排除，抽汽管道的坡度方向应顺蒸汽流动方向，这样设置坡度，管道中的凝结水靠坡度产生的重力和蒸汽流动的携带力，更容易快速流至位于管道低位点的疏水口而顺利排出系统；否则，若管道坡度方向逆汽流方向，管道中的凝结水靠坡度产生的重力还需克服蒸汽流动的携带力，不容易排除。
3.4.2抽汽管道安装坡度值
在管道施工中，一般按坡切要求仅能保证冷紧之前和坡切下料之后的安装管线坡度。但是由于冷紧和支吊架反作用力使管线产生的冷位移以及从冷态到疏水态（一般指介质为饱和状态下）的热位移，都可能使水平管道产生与疏水坡向相反的反坡。如果安装坡度未考虑反坡的影响，则会出现疏水不畅引起管道振动或造成汽轮机进水等事故。因而对于抽汽管道应计算反坡，并确定满足要求的安装坡度。
结论
汽轮机回热抽汽系统设计必须遵循合理的设计流程，否则会造成设计不合理、设计遗漏或存在安全隐患等诸多问题。汽轮机抽汽系统管道与汽轮机直接相连，系统设计和管道布置必须满足汽轮机防进水和防超速要求，若设计考虑不周则会引起汽轮机超速或汽轮机进水等恶性事故。
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论文作者:张伟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/17
标签：汽轮机论文; 止回阀论文; 管道论文; 疏水论文; 蒸汽论文; 坡度论文; 加热器论文; 《电力设备》2018年第17期论文;