蒸汽减温减压器（精选6篇）
蒸汽减温减压器 篇1
一、概况
塔西南电力工程部是一家石化企业配备的自备电站, 使用美国公司生产的Titan130型燃气轮机联合循环发电机组, 配套国内生产的余热锅炉组成热电联产装置, 为化肥和炼油装置提供电力和蒸汽。因生产需求配备了负荷, 温度, 压力不同等级的余热锅炉。
二、蒸汽系统及负荷分配要求
1.由3台Titan130型燃气轮机尾部安装了3台单独的国产余热锅炉, 生产1.35~1.50 MPa (叫中压蒸汽) 过热蒸汽。为化肥和炼油装置提供蒸汽。蒸汽需求量为:40--50 T/h。
2.由4台Titan130型燃气轮机尾部安装了4台单独的国产余热锅炉, 生产4.2~4.35MPa (叫高压蒸汽) 过热蒸汽。为化肥装置提供蒸汽。蒸汽需求量为:45--48 T/h。
3.根据并列运行方式, 生产中存在高压蒸汽多余, 中压蒸汽不足的现象。为了解决蒸汽不平衡的现象, 高压蒸汽系统与中压蒸汽系统中, 设计与安装了减温减压装置, 起到高压与中压之间的调整作用。
4.高压与中压之间的减温降压器。高压多余的蒸汽, 通过减温降压器降低压力温度后补充给中压蒸汽系统里, 满足中压蒸汽系统的要求。高压蒸汽系统与中压蒸汽系统通过减温降压器连接并列运行。
7台锅炉通过减温降压器和双母线相互连接, 实现并列运行。运行方式为四台余热锅炉混合, 加上一台快锅, 共五台锅炉并列运行。
三、减温减压器的选择
1.减温系统:通过高压差调节阀, 将冷却水调节到一定的范围内, 喷到蒸汽管内的蒸汽中, 使蒸汽降低温度。
2.减压系统:由减压阀和节流孔板组成, 通过改变流通面积达到调节压力的目的。
3.减温减压系统:把减温系统和减压系统合二为一。根据生产需求选择了减温减压系统。降低温度调节压力的目的。
4.减温减压系统一般由减温系统, 减压系统, 主蒸汽管体, 安全保护系统, 热力控制系统等组成。
四、减温减压器的工作原理
一体式减温减压器的主要结构为蒸汽减温减压阀+给水调节阀+安全保护装置, 蒸汽减温与减压在同一个阀内完成。减温减压阀是采用控制阀体内的启闭件的开度来调节介质的流量, 并在阀体内喷入冷却水。将介质的压力降低, 温度降低。使阀后压力, 温度保持在一定范围内。
五、减温减压器的性能特点
1.结构紧凑, 采用法兰对接, 安装及维护保养简便。
2.噪音低, 低于国家相关标准要求。
3.操作灵活, 可根据不同要求任意设定参数。
4.功能强大, 并可根据用户要求进行功能扩展。
5.控制精度高, 运行平稳, 调节灵敏。
结束语
一体式减温减压器的主要结构为蒸汽减温减压阀+给水调节阀+安全保护装置, 蒸汽减温与减压在同一个阀内完成。根据中压蒸汽系统蒸汽需求量的变化, 随时调整减温减压器, 保证中压蒸汽系统要求。高压蒸汽系统与中压蒸汽系统中起到调节作用, 平衡多余的高压蒸汽, 补充中压蒸汽。热力负荷的均匀分配上做到关键性的作用。结构紧凑, 操作灵活, 噪音低, 调节灵敏等优点争取用户的好评。
摘要：石化企业配备的自备电站, 蒸汽系统及负荷分配中存在的高压蒸汽多余, 中压蒸汽不足的问题。通过选型, 安装一体式减温减压器, 平衡多余的高压蒸汽, 补充中压蒸汽。热力负荷的均匀分配上做到关键性的作用。
关键词：减温减压器,蒸汽,调节,应用
参考文献
[1]减温减压器使用维护说明书2006年.
分体式蒸汽减温减压系统设计 篇2
分体式蒸汽减温减压器是化工生产中常用的设备, 包括减温器、减压阀、减温水调节阀、蒸汽管道、减温水管道及相关仪表, 本文主要介绍分体式减温减压器工艺计算过程及管道布置。
2 工艺描述
2.1 工艺描述
SP公司使用中压蒸汽及低压蒸汽, 中压蒸汽来自化工园区外管廊。进入SP界区的中压蒸汽管线首先进入减温器E-01, 减温至280℃, 一部分送往中压蒸汽用户直接使用, 一部分进入减温减压器E-02, 减温减压至0.7MPa (A) , 180℃, 再送往装置低压蒸汽用户使用。
本项目的冷凝水将进行回收, 中压蒸汽产生的冷凝水经闪蒸回收后并入低压蒸汽冷凝水系统;低压蒸汽冷凝水一部分送往循环水, 另一部分由减温水泵送往减温减压器E-01、E-02作为减温水使用;减温水温度为100℃。系统流程图见图1。
2.2 工艺参数
SP公司蒸汽来自化工园区中压蒸汽母管, 蒸汽分配台出口蒸汽参数:
温度:410℃
压力:4.1MPa (A)
流量:65t/h
母管直径:DN300
SP公司使用的中压蒸汽及低压蒸汽, 中压蒸汽参数:
温度:241℃
压力:3.4MPa (A)
流量:5.9t/h
低压蒸汽参数:
温度:165℃
压力:0.7MPa (A)
流量:3.6t/h
3 蒸汽管道设计
根据工艺参数, 按照HG/T20570.1—1995《设备和管道系统设计压力和设计温度的确定》确定管道设计参数为:
中压蒸汽:设计温度450℃
设计压力:4.4MPa (A)
设计用量:6t/h
低压蒸汽:设计温度210℃
设计压力:0.9MPa (A)
设计用量:3.6t/h
3.1 管径初选
根据《石油化工装置工艺管道安装设计手册》, 中压蒸汽流速按20m/s, 计算公式:
d i:管内径, mm;
qv:在操作条件下流体的体积流率, m3/h;
u:流体的流速, m/s。
∵蒸汽在4.1MPa (A) , 410℃时的密度为15.05kg/m3
初选管径DN100。
3.2 管道压力降计算
根据现场配管, 中压蒸汽由化工园区管廊引入, 由蒸汽分配台出口开始, 配置DN300母管, 开孔点距离蒸汽分配台1 350m, 母管弯头数量106个;开孔点到SP公司界区间距长1 470m, 弯头数量99个, 法兰闸阀2台。
DN300母管计算压力降为2.15bar, 即0.215MPa;
DN100管线计算压力降为7.68bar, 即0.768MPa, 界区压力=4.1-0.215-0.768=3.177MPa (A) , 压力降过大;
DN150管线计算压力降为2.87bar, 即0.287MPa, 界区压力=4.1-0.215-0.287=3.598MPa (A) 较合适。
3.3 管径选择
根据上述计算, 选择管径DN150。
3.4 壁厚、材质选择
管道设计温度450℃, 根据TSG D0001—2009《压力管道安全技术监察规程》选用15Cr Mo R合金钢管线, 设计压力4.4MPa (A) , 根据SH3059—2012《石油化工管道设计器材选用规范》, 直管计算壁厚为:
t:直管计算壁厚, mm;
P:设计压力, MPa;
D0:管子外径, mm;
(σ) t:计算温度下管子材料许用应力, MPa;查GB150—2011《压力容器》;取91MPa;
Φ:焊缝系数, 对无缝钢管取1;
W:焊缝接头强度系数, 单面对焊100%探伤取1.0;
Y:温度对计算直管壁厚的修正系数;≤482℃铁素体钢取0.4;_
:名义厚度, 标准规定的厚度, mm;
C1:材料厚度负偏差, 按材料标准规定, mm;取0.4mm;
C2:腐蚀、冲蚀余量, mm;化工园区为轻微腐蚀, 取1mm;
C3:机械加工深度, mm;取0.5mm;
C4:厚度圆整值, mm
∴直管计算壁厚_为:t=3.99
管道名义厚度:
再根据HG/T20533—2011《化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列》壁厚按公式:
P:设计压力 (MPa) ;
S:设计温度下材料的许用应力, 根据GB 150.2-2011查得15Cr Mo R在450℃下许用应力为91MPa;
可选用壁厚大于SCH40, 根据SH/T3405—2012《石油化工钢管尺寸系列》选用SCH80壁厚10.97, 大于管道计算名义厚度6mm, 满足要求。即管道壁厚选择为SCH80, 10.97mm。
4 减温减压器设计
4.1 减温减压器参数
蒸汽由蒸汽分配台送出, 经过1 350m DN300管线, 再经过1 470m DN150管线, 至界区处有一定的压力降和温度降低, 由计算得知, 减温器E-01进口压力:3.598MPa (A) , 温度:396.4℃, 流量6t/h;减温器E-01出口压力:3.598MPa (A) , 温度:280℃, 流量6t/h;减压阀PCV-01进口压力:3.598MPa (A) , 温度:280℃, 流量3.6t/h;减温器E-02出口压力:0.7MPa (A) , 温度:180℃, 流量3.6t/h。减温减压器参数见表1。
4.2 减温水量计算
按能量守恒, 公式:
W in:进入减温减压器的蒸汽流量, kg/h;
W s:减温水量, kg/h;
H in:进入减温器的蒸汽焓, k J/kg;
H out:减温器出口蒸汽焓, k J/kg;
H s:减温水焓
∵查表得3.598MPa (A) , 394.4℃下蒸汽焓Hin为3 214.204k J/kg
3.598MPa (A) , 280℃下蒸汽焓H out为2 918.681k J/kg
常压, 100℃水焓Hs为417.5108k J/kg
∴Ws=Win× (Hin-Hout) ÷ (Hout-Hs) =6 000× (3 214.204-2 918.681) ÷ (2 918.681-417.5108) =708.9≈709
即减温器E-01减温水用量为709kg/h;
∵查表得0.7MPa (A) , 233.71℃下蒸汽焓Hin为2 919.26k J/kg
0.7MPa (A) , 180℃下蒸汽焓H out为2 798.044k J/kg
常压, 100℃水焓Hs为417.5108k J/kg
即减温减压器E-02减温水用量为183kg/h;
4.3 减温器E-01及E-02尺寸设计
减温减压器的尺寸设计主要根据管道内流速设定, 减温减压器内流速过低, 会出现减温水吸收不完全, 甚至落到管壁上导致管道热应力破坏。在设计中, 考虑管道内流速为30~70m/s。为取得最小压力降, 流速按30m/s取值计算:
按流量计算公式:Q=V×A
Q:流量m3/h;
V:流速m/s;
A:流道面积m2。
E-01流道面积计算:
∵3.598MPa (A) , 396.4℃下蒸汽密度为12.195kg/m3,
∵管道截面积A=πR2
∴减温器E01可选用管径为76mm,
所以减温器管径选定为DN80。
E-02流道面积计算:
∵管道截面积A=πR2
∴减温器E901可选用管径为123.2mm。
由于管道内压力不高, 为防止出现减温水吸收不完全的情况, 管内流速适当加大, 所以减温器管径选定为DN100。
4.4 减压阀PCV-01的设计
蒸汽减压阀的作用是降低蒸汽压力, 获得所需较低压力的蒸汽;根据SH3012—2011《石油化工金属管道布置设计规范》, 减压阀宜安装在水平管段上, 并在减压阀前后设置直管段和旁路, 阀前直管段600mm, 阀后直管段1 500mm, 阀前安装过滤器, 阀后安装安全阀;PCV-01的减压阀压差为2.9MPa, 选用膜片活塞式减压阀。
5 配管设计
减温器后应安装直管段, 以保证最低雾化混合距离, 防止水雾吸收不完全。本套减温器厂家给定的直管段安装距离分别为E-01直管段6m, E-02直管段4m。管道布置应保留足够的直管段并控制管道的柔性, 由于布置场地空间有限, 管道进行并排布置。管道布置图见图2。
6 结论
分体式减温减压器的设计其核心内容为设计减温器的尺寸和减温水量的匹配, 严格控制管道内蒸汽流速才能发挥出减温器的作用并保证管路的安全, 流速过大将导致管路阻力过大, 流速过小将影响水雾的吸收。不同品牌的减温器及减压阀其结构略有不同, 在设计时应通过供货产品特性进行二次设计以完成项目的设计工作。SP公司的减温减压系统于2015年11月建成投产, 至今运行正常, 佐证了设计的正确性。
参考文献
[1]TSG D0001—2009.压力管道安全技术监察规程[S].
[2]SH3059—2012.石油化工管道设计器材选用规范[S].
[3]GB150—2011.压力容器[S].
[4]SH3012—2011.石油化工金属管道布置设计规范[S].
[5]李广军, 王彦枝.喷水型减温减压器分体式结构的设计与分析[J].阀门, 2015, (4) .
蒸汽减温减压器 篇3
关键词：减温器,更换吊装,施工方案
0 引言
国投曲靖发电有限公司装机容量为4×300MW机组，锅炉系东方锅炉厂生产的DG1025/18.2-Ⅱ16型亚临界燃煤锅炉。
检修单位在年度检修时，发现过热器系统Ⅰ、Ⅱ级减温器减温水管与减温器之间的插座焊口产生裂纹，严重影响机组安全运行，业主决定割除旧设备，更换为新设备。由于设备所处空间位置狭小，垂直吊装的高度较高，施工难度极大，且存在较大安全风险。经现场勘察，制定了施工方案，并于2009年、2010年、2011年分别在国投曲靖发电有限公司#2、#3、#4炉的过热器系统减温器更换中应用，安全、优质、高效地完成了检修工作，受到业主的好评。
1 施工吊装方案
经过现场认真勘察，根据现场减温器安装特点，需要自制一套吊装工具用于设备拆除、安装的吊装工作。本方案的制定，有效解决了存在的困难。本方案吊具设计简单、安全性高、实施方便，为整个作业过程提供了有力的技术保障，在同类型锅炉更换减温器工作中有推广价值。
自制吊具布置图见图1。
2 施工工艺流程
2.1 施工工艺流程，见图2。
2.2 作业过程
2.2.1 吊装准备工作
施工用脚手架的搭设以及施工现场和主要通道的照明应准备好，配备足够的检修人员和机具。在锅炉右侧65.6M层大包人孔指向炉后方向6M处开孔(3000×1200mm)作为吊装孔；在锅炉大包内，设备正上方悬挂5吨链条葫芦作为拆除、和吊装新设备专用。在除尘器框架立柱处固定一部5吨卷扬机，在锅炉左侧K3柱柱脚固定一门5吨滑车作为导向滑车F1；在K3柱顶70.5M处焊接一个吊耳作为导向滑车F2；在K2—K3柱顶连接横梁上挂一门5吨导向滑车F3；在K2—K3柱顶连接横梁上垂直焊接固定#14工字钢作为吊臂，端头焊接吊耳作为滑车F4吊绳固定点；在K2—K3柱顶连接钢梁上选取吊点，作为悬挂5吨链条葫芦使用；在炉右65.6M层搭设检修平台(4500×3500mm)作为施工人员作业场所。
说明:(1)注1采用120×120×12mm的钢板作为吊耳,开孔尺寸为Φ30mm;(2)注2采用#16工字钢翼板与锅炉钢梁翼板直接焊接,焊缝高度为10mm;(3)注3位置受向上的力,#16工字钢与水平斜拉梁下加12mm厚的钢板焊接牢固;(4)F1、F2、F3导向滑车与钢梁、钢柱拴挂牢固,钢梁、钢柱的棱边用胶皮包裹防止钢丝绳被割伤;(5)在65.6m层搭设作业平台,确保作业人员的安全。
2.2.2 旧设备拆除
将设备沿安装焊封处用火焊切割，每一设备分为两段，分段吊出锅炉大包外；用卷扬机将割除设备吊至锅炉炉右0M运走。
2.2.3 新设备安装
将减温器分次倒运到吊装区域，用卷扬机将设备逐一吊装到65.6M层；用5吨链条葫芦将设备吊装到安装位置实施对口焊接，焊口检验合格后，恢复保温，拆除临时设施，整个作业全部完成。
2.3 自制吊具设计计算
2.3.1 工字钢强度计算
计算以Ⅱ级减温器设备参数为依据进行。从最大受力示意图（图3）可知工字钢最大受力F等于起吊重物的重量的一半。最大弯矩Mmax=[（2.5/2)t×9800N/t]×1.1×800mm=10780000N·mm；#16工字钢抗弯截面模量W=141cm3；查表得工字钢许用应力[σ]=110MPa；弯曲应力σ=Mmax/W=10780000/141000=76.5MPa；σ<[σ],工字钢可以满足使用要求。
2.3.2 吊耳强度计算（图4）
吊耳危险截面积S=45×12=900mm2;吊耳承受拉力F=(2.5t×9800N/t×1.1)/2=13475N;吊耳承受拉应力σ=F/S=13475/900=15.0MPa<[σ]=110MPa。
2.3.3 焊缝强度计算
吊耳采用双侧角焊，焊缝高度为10mm，折减系数为0.8；吊耳焊缝有效面积S=120mm×10mm×2×0.8=1920mm2；焊缝剪切应力τ=13475/1920=7.01<[τ]=80MPa。
2.3.4 钢丝绳强度计算
采用5吨卷扬机，钢丝绳规格为6×37+1,Ф15mm；[σ]=170MPa；查表得其许用拉力=11.7t，滑轮摩擦系数=1.04,共4门。卷扬机牵引钢丝绳承受拉力F牵=2.5t×1.1×1.044/2=1.609t；安全系数n=11.7/1.609=7.3。从以上计算可知，自制起吊工具满足安全使用要求。
3 结束语
采用本方案后，曲靖电厂#2、#3、#4炉Ⅱ、Ⅲ级减温器更换工作安全顺利完成，为机组检修工期控制节省了时间。由于本方案设计简单、安全性高，实施方便，为整个作业过程提供了有力的技术支持，值得在今后同类型锅炉更换减温器工作中借鉴。
参考文献
[1]王正中,李平等.材料力学[M].北京.中国农业大学出版社,2008.
[2]《DG1025/18.2-Ⅱ型锅炉系东方锅炉厂说明书》.
一体式与分体式减温减压器的比较 篇4
1 减温减压器简介
减温减压器的动态工作过程是比较复杂的, 其工作原理大致可分为两个过程, 即减温和减压, 如图1~2所示。单纯的减温过程:向高温蒸汽中通入减温水, 减温水蒸发吸收热量, 实现高温蒸汽降温, 减温过程的核心为减温水的蒸发以及与高温蒸汽的混合。通常的减温器主要有固定喷嘴式减温器、文丘里式减温器、蒸汽雾化式减温器等[2], 如图3~5所示。固定喷嘴式减温器为最简单的一种减温器, 工作原理为减温水经喷嘴雾化再与高温蒸汽混合;文丘里式减温器是通过局部缩径, 高速流动的蒸汽产生负压[3]从而将减温水吸入到高温蒸汽中, 达到混合降温的目的;雾化式减温器是将高压高温蒸汽提前引入减温水喷嘴, 通过蒸汽使减温水高速喷射, 水滴呈微粒状, 大大强化了雾化效果, 水迅速蒸发, 使蒸汽降温。其中, 雾化式和固定喷嘴式减温器, 要求减温水压力要高于蒸汽压力, 对于雾化式减温器, 一般比蒸汽压力高0.4~0.6MPa[2], 而固定喷嘴式减温器要求更高。对于文丘里式减温器, 由于产生局部真空, 减温水能被直接吸入, 因此其压力可以比蒸汽压力低。
单纯的减压过程:宏观来说, 减压阀是控制阀的开度来调节蒸汽的流量, 降低压力。从流体力学角度, 高压蒸汽通过节流元件时局部流通面积减小, 流速增加, 导致局部阻力损失很大。根据柏努利原理, 缩径区域局部压力大大降低, 经过下游的扩展区后, 速度下降, 压力再增加, 但因为内部紊流和能量损失, 下游压力不会恢复到与上游压力完全相同, 从而实现降压目的。减压过程的核心为节流元件, 节流元件按节流方式分为节流孔、环形通道和文丘里等[4]。不同的节流元件原理基本相同, 均为增加局部阻力, 使蒸汽能量损失。
减温器与减压器组合后即成为减温减压器, 不同型式的减温器与不同型式的减压器组合构成了现在多种多样的减温减压器。根据减温和减压是否在同一个阀内进行可分为一体式减温减压器和分体式减温减压器。
1—减温水阀;2—混合段
1—减压阀;2—扩径段;3—混合段
3 一体式和分体式减温减压器
一体式减温减压器指的是减温和减压在同一个减温减压阀内进行, 如图6所示, 高温高压蒸汽减压的同时, 加入减温水, 实现减压和减温在同一个阀内进行, 阀后一般设有一段直管混合段。分体式减温减压器指的是减温和减压不在同一个阀内进行, 如图7所示, 高压蒸汽先经减压阀减至需求压力后再喷入减温水, 减温水喷入点在减压阀之后, 减压阀与减温水喷入点之间有一段直管段, 减温水喷入点之后还有直管混合段。
1—减温减压阀;2—减温水阀;3—扩径管;4—混合段
1—减压阀;2—减温水阀;3—扩径管;4—混合段
严格来说, 一体式减温减压器又分为两种, 第一种为减温水在阀内节流元件前加入, 即减温水在减压前加入, 如图8。第二种为减温水在阀内节流元件后加入 (包括在节流元件侧面加入的[5]) , 即在减压后加入减温水, 如图9。分体式减温减压器与第二种一体式减温减压器从总体型式上来说基本一样, 减温水均是在节流减压元件之后加入的, 所不同的是分体式减温减压器减温水入口与减压元件之间有一段直管段, 这段直管段的长度与减温水的加入方式有关。当采用环喷式喷嘴时, 喷嘴不受节流后的高速蒸汽冲蚀, 喷嘴与节流元件的距离可以很短, 从而能在一个阀内实现;当采用固定式插入管线中心的喷嘴时, 为避免高速蒸汽的冲蚀[6], 喷嘴与减压元件之间须有一定的距离, 为避免阀门单体尺寸过大, 将减温器与减压器分开, 此即为俗称的分体式减温减压器。因此, 分体式减温减压器与第二种一体式减温减压器在整体特征上非常相近。
4 特点比较
调节阀起减压作用的为减压元件, 根据压降比的大小选择减压级数, 由于压差过大, 单级减压会出现汽蚀问题[5], 因此对于压差大的情况, 宜设置多级减压。为降低减压噪音, 阀内减压元件一般设置为降噪笼结构[7], 降噪笼又可分为节流孔型[7]和迷宫型[8]等。对于第一种一体式减温减压器, 减温水通过阀杆小孔进入阀杆内, 顺着阀杆流向喷嘴, 通过漩流器等雾化器将减温水雾化, 喷出后与经过一道减压的次高压蒸汽在降噪笼内混合, 再经降噪笼减压至目标压力[9]。降噪笼既起到了减压的作用, 同时也起到了混合的作用, 相当于是分体式减温减压器的直管混合段, 因此此种结构减温减压器, 阀后直管混合段一般无要求或仅要求有一小段, 如亚威蒸汽减温减压阀阀后直管段仅要求10倍[9]管径即可。对于第二种一体式减温减压器和分体式减温减压器, 高温高压蒸汽降噪笼减压之后喷入雾化减温水减温, 由于减压后的高温蒸汽与喷入的减温水直接在管道内混合, 喷出的减温水为细小的温度相对较低的粒状液滴, 实为液相, 需要吸收热量蒸发为气相。为使减温水有足够的时间蒸发且避免高速带液蒸汽对管道弯头的冲蚀, 需在减温水喷入点后留有足够长的直管混合段, 长度与减温水的雾化效果有关。通常固定喷嘴式直管混合段要求为8~12m, 文丘里式减温器直管混合段要求为7~9m, 雾化式减温器直管混合段为5~7m。因此, 第一种一体式减温减压器对阀后直管混合段的要求一般比第二种一体式减温减压器和常规分体式减温减压器对直管混合段的要求短。
从减温减压器的结构来看, 第一种一体式减温减压器减温水进入阀杆, 提前经过一段预热, 再经内喷嘴雾化喷出与高温蒸汽混合。在阀杆内, 减温水提前被高温蒸汽预热, 喷出后雾化水与高温蒸汽的温差减少, 有利于消除或降低喷嘴周围金属热应力疲劳。但是由于喷嘴主体在阀内, 喷嘴内减温水流速很高, 且喷出瞬间夹带液滴, 对喷嘴以及降噪笼都会造成极大的冲蚀, 影响阀门的寿命。第二种一体式减温减压器和分体式减温减压器, 减温水直接喷出与经过降压的蒸汽混合, 虽然高温高压蒸汽经过绝热节流膨胀, 但蒸汽温度下降并不明显, 与减温水的温差相对更大, 对喷嘴周围金属的耐热应力要求相对更高。但由于喷嘴主体结构在阀体外部, 且一般考虑环喷或者中心喷, 对阀体本身的冲蚀相对较小, 阀门的寿命相对较长。
从以上分析, 阀门内部冷热介质接触易造成金属热应力疲劳的部位不同, 特别是对于高温差工况, 如高压蒸汽 (9.8MPa) 温度在500℃以上, 与减温除氧水温度相差300℃以上, 应力疲劳将成为阀门寿命的致命影响因素。对于第一种一体式减温减压器, 虽然减温水经过一段预热, 但温差并没有消除, 低温水与高温蒸汽交汇主要在阀杆和降噪笼处, 而降噪笼后二次蒸汽基本不带液, 且温度均匀, 管子不易开裂, 因此此类减温减压器易出问题的部位即为阀杆和降噪笼。第二种一体式减温减压器主要冷热介质接触发生在喷嘴周围及下游混合段, 特别是在低负荷下, 由于减温水入口喷嘴压降减小, 液态水雾化效果变差, 使得蒸汽中容易夹带液滴, 并在管子下部沉积, 造成混合段积液导致管子上部与管子下部温差大, 引起混合段裂纹及变形[10]。同时由于减温水喷嘴离降噪笼距离短, 降噪笼也易受到冷热介质的冲击, 造成热应力疲劳, 因此此类减温减压器易出问题的部位为下游直管混合段和降噪笼。传统的分体式减温减压器, 由于减温水在距减压阀后一段加入, 因此前面的减压阀在一个较稳定的温度下工作, 不会产生冷热应力疲劳, 对于阀门的制造要求相对低。但对于减温水喷嘴周围及下游的直管混合段, 冷热介质交汇, 易引起管道的冷热应力疲劳, 造成金属壁裂纹, 因此此类减温减压器易出问题的部位为下游直管混合段。
由于金属冷热应力疲劳方面的限制, 造成了这两类减温减压器的负荷调节比不同。调节比为通过减温减压器的最大蒸汽流量与最小流量之比[2]。第一种一体式减温减压器在低流量下, 由于在阀杆内有一段预热段, 且喷出的减温水在阀内降噪笼内[11], 降噪笼外部有蒸汽包围, 更易于未蒸发的小水滴蒸发, 从而不会使低温液滴在管道内蓄积, 造成管道热应力损伤, 如当时亚威一体式减温减压阀, 蒸汽最低负荷可低至设计负荷的2%, 相当于调节比为50:1[9]。而对于第二种一体式减温减压器和分体式减温减压器, 由于减温水只能通过喷嘴雾化一道作用, 且喷嘴的雾化效果受流量影响明显, 当减温水流量低时, 喷嘴的雾化效果变差, 喷出的液滴粒径变大, 蒸发时间变长, 导致减温水还未蒸发就已经接触到高温管壁, 导致管壁冷热不均, 造成应力损伤。因此, 第二种一体式减温减压器和分体式减温减压器受减温水喷嘴雾化效果的限制, 负荷调节比普遍都不大, 比如固定式喷嘴减温器和文丘里式减温器的调节比仅为2:1~3:1, 而雾化式减温器的调节比也只能到6:1[2]。
5 案例
某公司采用一体式减温减压器, 使用1个多月便出现了套筒开裂 (图10) 等问题[12]。后通过改造, 取消原来减温减压阀的减温部分, 在减压阀后设置笛型减温水管, 即改造为分体式结构, 改造后运行良好。当然, 一体式减温减压器的寿命不仅仅只有1个月, 不同的厂家质量相差很大, 从国内使用的情况来看, 特别是一次气为高压场合, 进口的设备表现更优。某氧化铝企业采用分体式减温减压器, 使用过程中出现出口阀门法兰泄漏, 小流量下温度不易调整, 筒体后出口段出现“翘尾巴”现象, 筒体变形, 频繁出现裂缝等安全隐患[10]。通过增大阀门安装距离, 加装小管径旁路阀, 增加热膨胀补偿节和加装热电偶测点、疏水等措施保证了减温减压器的稳定运行。从实际运行情况对比, 在选用分体式减温减压器时, 可通过合理的设计提高其使用寿命, 控制风险。而选用一体式减温减压器时, 其使用寿命直接与阀体材质有关, 很难通过其他设计解决阀体内部的冷热应力疲劳问题。
6 结论
综上所述, 减温减压器从结构上分, 可分为一体式减温减器和分体式减温减压器两类, 一体式减温减压器又分为减压前加入减温水的和减压后加入减温水的两种。一体式减温减压器和分体式减温减压器在直管混合段长度要求、阀体的寿命、易出问题部位以及负荷调节比上都有区别。从安装空间考虑, 一体式减温减压器直管混合段要求相对短, 适用于空间受限的场合;从调节负荷考虑, 一体式减温减压器的负荷调节比更大, 适用于负荷波动大的场合;但是一体式减温减压器阀内金属部件易出现冷热应力疲劳, 分体式减温减压器易在阀后直管混合段出现冷热应力疲劳, 可以说, 一体式减温减压器阀门易出现问题, 分体式减温减压器混合段管线易出现问题。总体来说, 分体式减温减压器的安全风险更易控制, 在安装空间允许的前提下, 宜优先选用分体式减温减压器。如安装空间受限, 不得不选择一体式减温减压器时, 应选择使用业绩多, 口碑良好的厂家。
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蒸汽减温减压器 篇5
热电企业承担着发电供热的双重任务,虽然供热主要是靠汽轮机抽汽来获得(抽汽供热方式)的[1,2,3],但为了满足热用户的需求以及提高热网系统的可靠性和运行调节方式的灵活性,热电企业常常配以减温减压器作为备用和补充汽源,这时锅炉生产出的高温高压蒸汽直接送入减温减压器,经过降温降压后供给热用户,即直供热方式。2种供热形式经济性差别很大,汽轮机抽汽供热属于热电联产运行模式,其对资源利用最为合理、最为经济;而减温减压器直供热属于热电分产运行模式,它是以牺牲蒸汽有用能为代价的,存在较大的资源浪费[4,5]。而目前热电厂并没有将这部分可用能损失计入供热煤耗中。因此,当2种供热模式并存时,供热煤耗明显偏低。文中对减温减压器可用能损失进行了分析和计算,并在此基础上对供热煤热提出了一个新的数学模型,为热电厂技术经济分析提供了一种更为实用的计算方法。
1 供热煤耗计算研究现状
目前现行的有关热电厂供热煤耗率统计、计算主要是以行业标准《火力发电厂经济指标计算方法》(DL/T904—2004)以及2001年1月1 1日国家计委、国家经贸委和建设部联合发布的“热电联产项目可行性研究技术规定”[2000]1268号文的相关标准为依据的,下面就以这2个现行标准介绍供热煤耗的计算方法。
1.1 供热煤耗计算方法
在《火力发电厂经济指标计算方法》(以下简称《指标计算方法》)中规定供热煤耗率按式(1)进行计算:
式中:br为供热标煤耗率;Br为供热耗标煤量;Qr为对外总供热量。
Br、Qr计算公式为:
式中:Qh为锅炉总产汽热量,其中一部分热量通过汽轮机或减温减压器对外供热,另一部分热量通过汽轮发电机发电;αr为供热比,表示对外供热占总锅炉产汽热量百分比;Bb为热电厂总耗标煤量。
但在式(1)中br仅考虑了总耗煤量的一次分摊,而厂供热用电量所需燃料费(二次分摊量)没有考虑进去。“热电联产项目可行性研究技术规定”(以下简称“技术规定”)考虑了二次分摊,推荐供热标煤耗br采用式(2)进行计算:
式中:ηgl为锅炉效率;ηgd为热网管道效率;εr为供热厂用电率;bdp为发电标准煤耗率。
无论是《指标计算方法》还是“技术规定”,对供热煤耗的计算都是以热量法为理论基础,区别在于前者为正平衡法,后者为反平衡法,所得结果基本一致。目前,在实际运行的热电厂中仍多采用《指标计算方法》中的式(1),它的主要优点在于供热、发电用标煤量依据供热比进行分摊,物理意义直观,计算简便,且操作性强;计算数据易采集,便于进行日常能耗指标的跟踪分析。因此,热电厂之间目前也常以此计算结果来进行经济分析比较。
1.2 现行计算方法应用局限性
在1.1节中介绍的计算方法主要适用于抽汽供热的热电联产机组的供热煤耗计算,煤耗大小主要取决于外供热量的大小,而没有考虑获得热量的途径或代价。因此,对于含锅炉直供的热电分产而言,由于热量是通过减温减压器来获得的,该过程中的热能损失未量化分摊到煤耗中。因此,该计算方法对于直供热方式存在一定的局限性,也就是说它无法比较汽轮机抽汽供热和减温减压器供热实际能耗水平。本文提出一种考虑减温减压器可用能损失后的供热煤耗率计算模型。
2 供热煤耗率计算模型
考虑可用能损失的供热煤耗率计算模型是在式(2)的基础上,对分母上的供热系统效率项,除了考虑锅炉效率、管道效率外,还人为增加一个减温器可用能利用效率,这样既符合该公式的物理意义,又能在供热煤耗中反映可用能损失的大小。具体计算式公式为:
式中:ηjwy为减温减压器可用能利用效率(%)。
由式(3)可知,考虑减温减压器可用能损失后的供热煤耗率计算并不复杂,只有可用能利用效率是计算量,锅炉效率、管道效率仍然是选定值。
3 实际案例分析
3.1 热电厂供热情况介绍
某热电厂共有4台俄产E420-13.7-560KT型超高压锅炉,2台俄产ΠT-140/165-130/15-2型供热式机组,主蒸汽系统为集中母管制,供热主要以石化工业用汽为主。该厂用汽特点:一是供热量大,平均热负荷达到700 t/h左右;二是供热压力等级多,共有3种不同供热压力等级,分别为5.0 MPa、2.5 MP和1.6 MPa;三是既有抽供又有直供,其中1.6 MPa为机组抽汽供热,5.0 MPa和2.5 MPa 2个压力等级为新蒸汽经减温减压器直接供热;四是直供热比重较大,并且为连续稳定的大负荷。5.0 MPa和2.5 MPa 2个压力等级的直供热总量比例达到25%左右,该电厂直供热所占比例高、负荷大,是新蒸汽经减温减压器供热的典型案例。
3.2 减温减压器可用能损失分析与计算
高温高压的新蒸汽进入减温减压器后,与减温水混合并经节流降压形成了二次蒸汽,即供给热用户的直供热。如果根据热力学第一定律来分析,工质除了装置本身的散热损失外,进出装置的总热量并无减少,能量是守恒的;但如果对照热力学第二定律,就能看出这个时候存在着能量“品位”的降低。热能的“品位”高低直接取决于热介质的压力和温度,且蒸汽压力、温度越高,“品位”越高,其可用能越大,做功能力越强;反之,低参数的蒸汽“品位’越低,可用能越小,做功能力也越差。在直供热方式中,锅炉产生的“高品位”的新蒸汽,全部通过减温减压方式人为地将其“品位”降低,使蒸汽的可用能减少,这是能源利用过程中的极大浪费。
结合该电厂直供热工艺流程及相关运行参数,对减温减压器可用能损失进行具体分析计算。减温减压器进出口工质运行参数如图1所示。
3.2.1 5.0 MPa等级减温减压器可用能损失及可用能利用效率计算
(1)新蒸汽流量及减温水量的计算。图1中所标注的工质参数均来自实时监测数据,该过程是绝热节流减压过程,减温水喷入过程属于2种不同状态参数工质相混合而不引起化学变化的过程,忽略减温减压过程散热损失,能量平衡方程为:
式中:D1为新蒸汽质量流量;h1为新蒸汽比焓,3 476 kJ/kg[4];D2为减温水质量流量;h2为减温水比焓,635 kJ/kg[4];D3为二次蒸汽质量流量,140 t/h;h3为二次蒸汽比焓,3 329 kJ/kg[4]。质量平衡方程为:
将已知数据代入式(4)、式(5),联立后可求得:
(2)新蒸汽和二次蒸汽的可用能计算。将减温减压过程的蒸汽流动简化为稳定流动,新蒸汽和二次蒸汽的可用能计算公式为:
式中:E1为单位质量新蒸汽可用能;E3为单位质量二次蒸汽的可用能;S1为新蒸汽比熵,6.599 kJ/kg·K[4];S3为二次蒸汽比熵,6.935 kJ/kg·K[4];S0为环境状态下蒸汽比熵,7.323 kJ/kg·K[4];h0为环境状态下蒸汽比焓,2 618 kJ/kg[4];T0为环境温度,取298 K。
将所有已知数据分别带入式(6)、式(7),求得:
E1=1 073.752 kJ/kg,E3=826.624 kJ/kg
(3)单位时间可用能损失。单位时间新蒸汽的可用能降△E为:
新蒸汽可用能损失率η为:
新蒸汽可用能利用效率ηjwy为:
3.2.2 2.5 MPa等级减温减压器可用能损失及可用能利用效率计算
2.5 MPa等级可用能损失计算方法与5.0 MPa等级可用能损失计算方法相同,当直供热(二次蒸汽)流量D3为34 t/h,同理可求得(计算过程省略):
(1)减温减压器前主汽流D1=30 t/h;减温水流量D2=4 t/h。
(2)减温减压器后单位质量蒸汽的可用能E3=622.672 kJ/kg。
(3)单位时间主蒸汽的可用能降△E=1 1 041 MJ/h。
(4)新蒸汽的可用能损失率η=0.34。
(5)新蒸汽可用能利用率ηjwy=0.66。
3.3 考虑可用能损失的供热煤耗率计算
锅炉效率ηgl取平均运行效率0.93,热网管道效率ηgd取设计值0.99,供热厂用电率ε取月平均值12 kWh/GJ,发电煤耗率bdp取月度平均值0.284 kg/kWh,计算过程如下。
(1)按直供热流量加权计算2级减温减压器总可能利用率,ηjwy=(140×0.82+34×0.66)/(140+34)=0.79。
(2)未含直供热可用能损失的供热煤耗率,br=34.12/(ηglηgd)+εrbdp=34.12/(0.93×0.99)+12×0.284=40.5 kg/GJ。
(3)含直供热可用能损失的供热煤耗率,br=34.12/(ηgηgdηjwy)+εrbdp=34.1 2/(0.93×0.99×0.79)+12×0.284=50.3 kg/GJ。
计算结果表明,直供热可用能损失使供热煤耗率升高约10 kg/GJ,这说明直供热方式明显比抽供热成本高。如果2级直供蒸汽可用能损失被合理回收利用,利用蒸汽余压发电,可增加发电量约8 000 kWh,进一步表明减温减压器所造成的新蒸汽可用能损失是非常大的,应该纳入到日常技术经济分析中。同时,在应用条件成熟时,应采取更加经济高效的替代方案,从根本上实现节能增效。
4 结语
通过对减温减压器可用能损失的分析计算,说明实际运行的热电厂新蒸汽可用能损失是可以被量化的,而且也可计入到供热煤耗中,虽然不是精确计算,但可作为分析供热经济性的辅助指标。比较直供与抽供2种供热方式在能耗水平的差别,对热电厂的技术经济分析工作具有积极的指导意义。
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蒸汽减温减压器 篇6
1 工作原理
高压过热蒸汽通过减温减压阀的节流套筒和带孔阀芯时发生小孔节流现象,蒸汽压力降低。在阀芯内部降压后的过热蒸汽与来自给水调节阀的适量冷凝水汇合,在过热蒸汽中冷凝水经过吸热、升温、汽化与蒸汽混合等过程来吸收过热蒸汽的显热,从而降低过热蒸汽的温度。若过热蒸汽的压力降很大,减温减压阀的降压无法满足要求时,需在二次蒸汽的管道内加节流孔板,孔板的数目可以根据工程计算来确定。
2 节流套筒节流特性分析
2.1 节流降压级数N的确定
节流降压各级压强按几何级数下降,计算公式如下:
式(1)中:P1——节流套筒前的过热蒸汽压力,MPa;P2——二次蒸汽最终的压力,MPa;n——节流级数;q——压降比,9≤1。
根据文献[2]可知,确定各节流降压的压降比值ε以及节流级数N,计算公式如下:
式(2)中:Pm——小孔喷注前的排气压力,MPa;P1——阀前压力,MPa。
对于过热蒸汽一般取ε=0.546。
2.2 节流套筒节流面积的确定[3]
式(3)中:K——过热蒸汽,K=13.4;μ——流量系数,μ=1.15～1.2;G——蒸汽流量,t/h;V1——节流前高压过热蒸汽比容,m3/kg;P1——节流前的过热蒸汽压力,MPa。
2.3 节流套筒上节流孔数的计算与选定
节流套筒上的节流孔数目由所需流通面积S和所开节流孔的直径d决定。对于节流装置,孔径选取范围一般在10～20 mm,但实际应用中,以不超过10 mm为宜。根据制造加工需要,节流套筒上实际开孔数会略有增加,但不影响工程的实际效果。
2.4 节流孔孔距的选取及排布方式
在选定适当的孔径比φ(节流孔直径d与节流套筒内径D的比值)和孔径d之后,孔心距t由t=φd求得。在实际应用中,孔心距取孔径5～10倍或更大,以避免蒸汽扩散后再汇合形成大的喷注而产生混合喷注噪声。节流套筒以及阀芯上的小孔排布均遵循正三角形错列原则,如图1所示。
每个小孔与相邻一层最近的2个孔形成三角形的关系。其优点是每个小孔处的应力相同,不会因为应力集中而降低结构的强度,延长了使用寿命;保证执行器运行的过程中流量在不断变化,充分体现调节阀的线性流量特性。
3 噪声的危害
减温减压阀处理的是高压过热蒸汽,会在减温减压阀处产生很强的振动与噪声,由此产生的危害主要表现在以下几方面:①对减温减压阀阀芯冲蚀严重,降低生产效率,缩短减温减压阀的使用寿命。若高压过热蒸汽产生的噪声频率与减温减压阀的固有频率相近或相等,则会发生共振,对阀体造成破坏性损伤。②长期在强噪声环境下工作,工作人员内耳听觉组织会受到损伤,造成耳聋[4]。③在强噪声环境下工作效率下降,工作人员工作差错率明显提高。因此,对系统进行振动与噪声的特性研究具有重要意义。
4 节流套筒降噪量数值计算
节流套筒与带孔阀芯的组合相当于节流降压消声器,在距离减温减压阀喷口垂直方向1m处的排气噪声级LA及其空管排空时距喷气管口垂直方向1 m处的排气噪声级LAD计算如下[5]:
式(4)中:S1——节流套筒的流通面积,mm2;P1——节流套筒前过热蒸汽的绝对压力,MPa;Pm——流进带孔阀芯时过热蒸汽的压力,MPa;△LA——小孔的消声量,dB(A)。
式(5)中:D——二次蒸汽流通管径,mm;M0——空气分子量,M0=28.8;M——排出气体分子量,过热蒸汽M=18;G——过热蒸汽的流量,t/h。
5 总结
节流套筒是减温减压阀的重要元件,对节流套筒结构尺寸进行合理的设计,使其既满足节流降压的要求,又达到消声降噪的目的,对于工厂员工的工作环境健康以及企业的发展前景都有深远的意义。
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