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高壓給水加熱器安全閥排放量之核算

文檔作者：葉剛文檔來(lái)源：廣東省電力試驗(yàn)研究所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年09月29日
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《廣東電力》1 997年第3期
高壓給水加熱器安全閥排放量之核算
??驗(yàn) 6q’7
●
摘要針對(duì)電力系統(tǒng)鍋爐壓力容器安全性能檢驗(yàn)中如何判斷高壓蛤水加熱器安全閥排
放量能否滿足安全運(yùn)行要求這一問(wèn)題，從蛤水加熱器的I作原理及運(yùn)行I況等角度，分
析了當(dāng)前常用的幾種核算方法不同之處，推薦了一種比較實(shí)用的符合實(shí)際的核算方法。
關(guān)鍵詞 器 t
1 問(wèn)題的提出
高壓給水加熱器是汽輪機(jī)重要的輔助設(shè)
備，隨著火力發(fā)電廠單機(jī)裝機(jī)容量的不斷增大，
高壓給水加熱器的工作參數(shù)也愈來(lái)愈高，其給
水壓力從5o Mw 機(jī)組的16．7 MPa到600
Mw 機(jī)組的29．4 MP且；給水溫度也在225'C以
上，從壓力容器等級(jí)劃分，屬于第三類壓力容
器，是鍋爐壓力容器安全性能檢驗(yàn)中重要監(jiān)檢
設(shè)備之一。由于高壓給水加熱器內(nèi)分為汽、水
二室，其工作介質(zhì)、工作壓力及溫度都各不相
同，使得對(duì)于安全閥排放量的核算帶來(lái)一定的
困難，到目前為止，還未見(jiàn)到有關(guān)這方面的規(guī)
程或標(biāo)準(zhǔn)．下面介紹目前采用得比較多的幾種
核算方法。
1．1 方法一
采用《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》附件
五之公式(4)
G-7．6><10～C X·p·A·√ (1)
式中G—— 安全閥排氣能力(kg／h)
^—— 安全閥最小排氣截面積(ram。)
p—— 安全閥排放壓力，取1．1 4-0．1
(M Pa)；
c?！?流量系數(shù)，與安全閥的結(jié)構(gòu)有關(guān)；
M—— 氣體的摩爾質(zhì)量(kg／kmo1)；
z—— 氣體在操作溫度壓力下的壓縮系
一52 一
數(shù)；
丁—— 氣體的溫度(K)}
，
— — 氣體的特征系數(shù)。、
以所求得之排量G同加熱器最大抽汽進(jìn)氣量
G，進(jìn)行比較．若G≥G ，則安全閥排放量能滿足
安全要求(參考文獻(xiàn)1)。
1．2 方法二
采用《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)
定》附件二之公式(62)： ，
G-5．og BnF√
式中G—— 安全閥的通流量(kg／h)}
Po—— 蒸汽在閥前的滯止絕對(duì)壓力
(M Pa)；
p —— 蒸汽在閥后的絕對(duì)壓力(MPa)； 。
— — 蒸汽在閥前的滯止比容(m ／kg)；
一并聯(lián)裝設(shè)的安全閥數(shù)量(個(gè))}
，—— 每個(gè)安全閥通流截面的最小斷面
積(ram )；
— — 安全閥流量系數(shù)，應(yīng)由試驗(yàn)確定
或按制造廠資料取值}
— — 考慮蒸汽可壓縮性的修正系數(shù)，
對(duì)于水，取B-1。
以所求得之排放量G同整個(gè)鍋爐總蒸發(fā)
量D的百分之一進(jìn)行比較，若G≥1 D，則安
全閥排放量能滿足安全要求(參考文獻(xiàn)2)。 ．
1．3 方法三
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采用《鋼制壓力容器》之式( 3)及(B一5)：
Ⅳ
A一蒜 ‘2)
一2．83× 10 (3)
式中 —— 安全閥排放面積(ram。){
，|—— 容器安全泄放量(kg／h)；
— — 額定泄放系數(shù)，通常由安全閥制
造廠提供}
— — 安全閥泄放壓力(絕壓)，包括設(shè)
計(jì)壓力和壓力增值(MPa)}
P—— 氣體密度(kg／m )；
— — 容器進(jìn)口管內(nèi)的流速(m／s)}
— — 容器進(jìn)口管的內(nèi)徑(ram)。
用以上二式來(lái)判定安全閥是否滿足安全要
求(見(jiàn)參考文獻(xiàn)3)。
1．4 方法四
按文獻(xiàn)4，安全閥開(kāi)啟壓力取高壓給水加
熱器殼側(cè)的設(shè)計(jì)壓力；安全閥通流量則取以下
兩個(gè)流量中的較大值：
a．該加熱器最大給水流量的10 ；
b．U 型管板式高壓給水加熱器一根管子
完全斷裂，在內(nèi)外壓差作用下，二個(gè)斷口流至
汽側(cè)的給水量，即：
。。?！?。。。。。。。。。一
Q ： 64×10 d 戶 -p (4)
螺旋管等集箱式高壓加熱器，按存在一
1Omm 的裂口，在內(nèi)外壓差作用下，一個(gè)裂口
流至汽側(cè)的給水量，即：
。。。● 。。。。。。。。。一
Q =32×lO一 d 戶 -p (5)
安全閥排放量，按殼體內(nèi)給水經(jīng)安全閥排
放．在閥喉部是水，喉部以后在大氣中汽化，所
取排放壓力值比起跳壓力高lO ，通過(guò)閥排放
截面的流量系數(shù)取o．545，即：
。。。。。。。。。。。。。●● 。h _。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。一
G一0．545A×10 √2×1．1 ×1O (6)
式中Q —— 傳熱管斷裂流出的給水量(m ／
s)：
— — 傳熱管的公稱內(nèi)徑(ram)；
— — 水側(cè)設(shè)計(jì)壓力(MPa)；
— — 汽側(cè)設(shè)計(jì)壓力(MPa)；
G—— 安全閥的排放量(m ／s)；
— — 安全閥排放面積(ram。)；
— — 閥前飽和水比容(m。／kg)。
稍做比較可以看出，以上4種安全閥排放
量核算方法，具有較大的差異，方法一、方法
二將所排的介質(zhì)視為I臨界條件下的氣體，方法
三將其看作I臨界條件下的飽和蒸汽，而方法四
則接是否有能力泄放一定數(shù)量的給水來(lái)判定。
在實(shí)際運(yùn)用中，常常會(huì)得出截然不同的結(jié)果 如
廣東省云浮發(fā)電廠2臺(tái)125 Mw 發(fā)電機(jī)組，均
為同一廠家所造，據(jù)l號(hào)機(jī)組壓力容器檢驗(yàn)報(bào)
告書，4臺(tái)高壓、低壓給水加熱器安全閥排放量
校核不但能夠滿足安全運(yùn)行要求．而且還有比
較大的裕余量。而在2號(hào)機(jī)組的檢驗(yàn)報(bào)告書中，
相同設(shè)備的安全閥卻只能滿足安全排放量的
6 ～55 ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足安全運(yùn)行的要求。
由此可見(jiàn)，采用的核算方法不同，得出的
結(jié)論也就截然不同，所以，為了確定一種比較
符合實(shí)際情況的校核方法，我們有必要放給水
加熱器的工作原理和實(shí)際運(yùn)行工況上加以分析
和探討。
2 給水加熱器的工作原理及自動(dòng)保護(hù)裝置
2．1 給水加熱器的I作原理
比較典型的給水加熱器(立式)工作原理
如下(示意圖略)：其受熱面由u型銅管或鋼管
組成，管子脹裝在管板上．管板用法蘭與水室、
殼體相連接，圓筒形外殼用鋼板焊成．水從加
熱器上部的進(jìn)水管進(jìn)入分隔開(kāi)的水室的一側(cè)，
再?gòu)哪抢锪魅雞型管束中，管束在汽室中被加
熱并把熱量傳給管中流動(dòng)的凝結(jié)水水流。水流
加熱后，經(jīng)分隔開(kāi)的另一側(cè)水室通過(guò)出水管流
出加熱器 加熱蒸汽從加熱器蒸汽進(jìn)汽1：1進(jìn)入，
在導(dǎo)向板的作用下，經(jīng)過(guò)幾次曲折反復(fù)沖刷u
型管束，將熱量傳給給水，最后凝結(jié)成水并流
到汽室的下部，經(jīng)過(guò)疏水器疏出，疏水的溫度
為蒸汽壓力下達(dá)飽和溫度。
2．2 給水加熱器的自動(dòng)保護(hù)裝置
由于給水加熱器管側(cè)是高壓力給水．殼側(cè)
是壓力遠(yuǎn)低得多的中低壓蒸汽，運(yùn)行期間殼體
空間經(jīng)由進(jìn)汽管和抽汽管道與汽輪機(jī)本體相連
一53 —
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接，如果加熱器管子破裂或管口焊縫嚴(yán)重泄漏，
給水就會(huì)大量沖入汽側(cè)殼體，引起殼內(nèi)疏水水
位劇烈上升和蒸汽壓力迅速升高，殼體內(nèi)高壓
給水將倒灌入汽輪機(jī)而造成嚴(yán)重事故，也會(huì)使
按中壓參數(shù)設(shè)計(jì)制造的加熱器殼體超壓甚至爆
破； 另外， 由于加熱器中存有疏水，當(dāng)汽輪機(jī)
由于甩負(fù)荷等原固抽汽壓力突然降低時(shí)，會(huì)引
起疏水的突然汽化，倒流入汽輪機(jī)中迫使汽輪
機(jī)轉(zhuǎn)子超速。所以一般都設(shè)有許多保護(hù)裝置來(lái)
確保機(jī)組和給水加熱器的安全，常用的主要有
以下4大類：
a．疏水器在給水加熱器正常工作時(shí)不
斷地按設(shè)計(jì)要求將加熱蒸汽凝結(jié)的疏水排出給
水加熱器，以保持凝結(jié)水位的不變和維持給水
加熱器蒸汽空間的必要壓力
b．加熱器給水側(cè)自動(dòng)保護(hù)裝置 當(dāng)給水
加熱器加熱器管子發(fā)生破裂或嚴(yán)重泄漏事故
時(shí)，能及時(shí)切斷給水加熱器在給水管道上的連
接， 防止汽輪機(jī)進(jìn)水及給水加熱器汽側(cè)殼體超
壓爆破， 同時(shí)又能保證不間斷地向鍋爐送水。
c．加熱器蒸汽側(cè)自動(dòng)保護(hù)裝置當(dāng)汽輪
機(jī)甩負(fù)荷時(shí)，可防止給水加熱器內(nèi)的蒸汽經(jīng)過(guò)
抽汽管道倒流入汽輪機(jī)內(nèi)引起轉(zhuǎn)子超速，并可
防止給水加熱器內(nèi)的水進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)。
d．安全閥 當(dāng)給水加熱器管子破裂或發(fā)
生嚴(yán)重泄漏，汽室水位迅速增高致使蒸汽受壓
縮，壓力增大到～ 定程度時(shí)，能自動(dòng)開(kāi)啟泄放
蒸汽和給水，使加熱器殼體不至于超壓爆破，也
可避免給水流入汽輪機(jī)內(nèi)。
3 給水加熱器安全閥排放量之校核
由上節(jié)的敘述可知，作為壓力容器，給水
加熱器同時(shí)流動(dòng)著蒸汽和冶水兩種不同的介
質(zhì)，在正常運(yùn)行情況下，管側(cè)的進(jìn)水流量與出
水流量相等，殼側(cè)抽汽量與疏水排放量相等，汽
側(cè)、殼室都不會(huì)有壓力增高的情形出現(xiàn)。能引
發(fā)給水加熱器殼室壓力增加的因素只能有兩
個(gè)，一是抽汽蒸汽進(jìn)El壓力增大；二是水側(cè)的
管子破裂或發(fā)生嚴(yán)重泄漏，高壓水沖入殼內(nèi)使
殼室的壓力增加。對(duì)于第一種情形做一悲觀的
一54 一
假設(shè)，設(shè)由于某種原因使得汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子卡澀旋
轉(zhuǎn)困難，導(dǎo)致加熱器抽汽蒸汽進(jìn)El壓力增大，該
段全部的抽汽量都由殼上的安全閥排泄出去。
這是安全閥排做量校核方法～ 和方法三的核算
出發(fā)點(diǎn)。對(duì)于第二種情況，在極端差的狀態(tài)．設(shè)
發(fā)生一事故使得加熱器內(nèi)水側(cè)管子在極短時(shí)間
內(nèi)完全斷裂，而加熱器的自動(dòng)保護(hù)裝置中只有
蒸汽側(cè)(抽汽止回閥)動(dòng)作，給水側(cè)和疏水器
安全失教，加熱器不能解列，此時(shí)安全闋的排
放量Ⅳ 應(yīng)為整臺(tái)加熱器給水流量Ⅳ ，即：w≥
。這是一種極端差的工況，這種事故發(fā)生的
幾率應(yīng)該說(shuō)是非常小的。比較好的情形是事故
發(fā)生時(shí)，三方面的自動(dòng)保護(hù)裝置都能按設(shè)計(jì)要
求正常投入工作 事故的起因是由于不多于二
根管子完全破斷或不大于加熱器1O 的最大
給水流量沖入汽室(此為自動(dòng)保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)
值)。則這時(shí)安全閥無(wú)需動(dòng)作，也能保證殼體的
安全，這是一種比較好的工況。若事故發(fā)生時(shí)
情形更惡劣些，安全閥就開(kāi)始動(dòng)作。根據(jù)電力
系統(tǒng)汽輪機(jī)給水加熱器多年運(yùn)行的資料統(tǒng)計(jì)，
筆者認(rèn)為全安閥排放量棱算方法一及方法三顯
得比較保守；而方法二，安全閥排放量又太小， I
幾乎只有給水加熱器最大給水流量的1 ，從
設(shè)備安全運(yùn)行的角度來(lái)考慮， 比較冒險(xiǎn) 方法
四，采用的是一根管子完全破斷當(dāng)量法或1O
的設(shè)備給水流量法，這是參照給水加熱器水側(cè)
自動(dòng)保護(hù)裝置設(shè)計(jì)取值， 由于安全閥從某種意
義上說(shuō)也是一自動(dòng)保護(hù)裝置，所以采用該取值 ’
是比較合理的。用該方法對(duì)云浮、黃埔等多間
電廠高壓、低壓給水加熱器安全閥進(jìn)行校核，結(jié)
果均比較理想。
參考文獻(xiàn)
1 江西省電力工業(yè)局鍋爐壓力容器檢驗(yàn)中 C．-．廣東 ，
云浮發(fā)電廠2號(hào)機(jī)組壓力容器檢驗(yàn)報(bào)告書，1994
2 廣東省電力工業(yè)局鍋爐壓力容器檢驗(yàn)中心．廣東
云浮發(fā)電廠1號(hào)機(jī)組壓力容器檢驗(yàn)報(bào)告書，1993
3 四川鍋爐廠．J昏250—1型高壓給水加熱器強(qiáng)度計(jì)
算書，1994 ：
4‘蔡鍋琮．高壓給水加熱器．水利電力出版社．1 994
(收稿日期：1996一l卜一29)

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