汽轮机本体输水系统疏水扩容器课程设计

汽轮机本体输水系统疏水扩容器课程设计热力发电厂汽轮机疏水扩容器
一汽轮机疏水扩容器的介绍
一、汽轮机疏水扩容器的功能.
疏水扩容器是将压力疏水管路中的疏水进行扩容降压，分离出蒸汽和疏水，将蒸汽引入换热器或除氧器中，充分利用其热能，而疏水则被引入疏水箱中定期送入给水系统。

主要是降低压力，如果高压蒸汽直接进入凝汽器，容易引起凝汽器超压，通过它可以降低压力，避免超压，同时里面还有减温装置，可以降低温度。

本疏水扩容器由两只16m 的矩形容器组成，一只主要接纳汽轮机本体及管道疏水，另一只主要接纳高加事故疏水、除氧器溢流疏水等。

疏水进入扩容器后，经消能装置，并在扩容器巨大空间内闪蒸扩容、喷水减温，使其能级降至凝汽器允许值，消能后的蒸汽和水分别排入凝汽器喉部和热井内，既保证了机组及管道疏水畅通，又确保凝汽器的内部零件不被损坏，还能回收汽轮机工质。

疏水扩容器用于较高压力和温度疏水管路中的疏水扩容。

经疏水扩容器分离出的蒸汽被引入热交换器或除氧器，而分离出的疏水则被引入疏水箱，然后送入锅炉的给水系统。

二、结构与工作原理
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疏水扩容器采用全焊结构，由壳体、疏水接管、喷水管、缓冲板、波形膨胀节等零部件组焊而成。

喷水管上的喷嘴采用进口喷嘴，使其喷出的凝结水更均匀，雾化效果达到最好。

为便于电站的安装布置，疏水扩容器的外形设计为矩形结构，布置在高压凝汽器侧和低压凝汽器侧。

由于疏水管的布置位置、疏水量和其它电站辅机设备的布置及疏水要求限制，两台疏水扩容器各接口管的尺寸并不完全相同，机组各处疏水经疏水管道排入到相应的疏水母管，通过疏水扩容器上的疏水接管进入
疏水扩容器。

在各疏水接管上设有一定数量的喷孔，对疏水进入扩容器具有进一步的降压消能作用。

冷却水(凝结水)通过喷水管上的喷嘴从扩容器上部喷入，使扩容器内的闪蒸蒸汽温度迅速降低并凝结，增加了疏水扩容器的扩容能力。

壳体内还设置了支撑杆、肋板，用以增强扩容器的刚性。

在疏水扩容器的汽、水排出口设置缓冲板，以防止扩容器内的蒸汽和凝结水直接冲击到凝汽器内的部件影响到凝汽器的正常运行。

疏水扩容器上设有检修人孔门，用以对扩容器进行维护、清理等。

机械式(自由浮球式、杠杆浮球式、倒吊桶式)疏水器是利用浮力原理开关的。

可以自动辨别汽、水，常用于需连续排水、流量较大、排出的水进行收集后再利用。

其中杠杆浮球疏水器和倒吊桶式疏水器结构复杂、自由浮球式疏水器结构简单，不漏汽，一般用于管线疏水或设备疏水;热动力式(圆盘式、脉冲式)疏水器是利用空气动力学原理，汽体转向产生的压降来开关阀门的。

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用于流量较小、差压较大、对连续性要求不高的地方，结构简单、存在脉冲性泄漏，一般用于管线疏水
二疏水扩容具体结构
三、类型和表示方法
1.汽轮机疏水扩容器类型:立式疏水扩容器和卧式疏水扩容器
图1 立式疏水扩容器
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组成结构:
1. 外壳 2、进水分配器 3、出水除沫器 4、安全泄放装置 5、液位显示器
6、液体调节装置组成。

(其中安全泄放装置和液位调节装置不在供货范围，如果要
求同时配套，需在合同中注明。

)\注:根据用户需要，可设计各种规格连排，用户提供技术参数即可。

规格技术参数: 2. 主要
表一
产品型号几何容积m3 设计压力 MPa 设计温度 0c LP-0.7 0.7 0.5 270 LP-1.5 0.5 0.5 270
LP-3.5 3.5 0.5 270
LP-4 4.0 0.5 270
LP-5.5 5.5 0.5 270
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图2 立式扩容器工作原理图5
图3 卧式疏水扩容器及工作原理图
2(疏水扩容器用途:
疏水扩容器是将压力疏水管路中的疏水进行扩容降压，分离出蒸汽和疏水，将蒸汽引入换热器或除氧器中，充分利用其热能，而疏水则被引入疏水箱中定期送入给水系统。

主要是降低压力，如果高压蒸汽直接进入凝汽器，容易引起凝汽器超压，通过它可以降低压力，避免超压，同时里面还有减温装置，可以降低温度。

本疏水扩容器由两只16m 的矩形容器组成，一只主要接纳汽轮机本体及管道疏水，另一只主要接纳高加事故疏水、除氧器溢流疏水等。

疏水进入扩容器后，经消能装置，并在扩容器巨大空间内闪蒸扩容、喷水减温，使其能级降至凝汽器允许值，消能后的蒸汽和水分别排入凝汽器喉部和热井内，既保证了机组及管道疏水畅通，又确保凝汽器的内部零件不被损坏，还能回收汽轮机工质。

疏水扩容器用于较高压
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力和温度疏水管路中的疏水扩容。

经疏水扩容器分离出的蒸汽被引入热交换器或除氧器，而分离出的疏水则被引入疏水箱，然后送入锅炉的给水系统。

安装及运行注意事项 3.
1.矩形疏水扩容器也称为挎蓝式疏水扩容器，安装在高压凝汽器侧和低压凝汽器侧。

其具体安装标高及位置详见工程中的凝汽器开孔及附件图。

2.位于高压侧的疏水扩容器，设有12个疏水接管，用于接纳
汽轮机疏水系统图中疏水集管a、b、c、d、e、j、g的疏水，5#、
7#、8#低加危急疏水，8#低加正常疏水，排汽通风阀接口等。

各疏
水接管的接口不得互换，各疏水点与疏水接管之间的具体连接位置
接口详见疏水扩容器I (图号M740-032000A)及工程的疏水系统位
于低压侧的疏水扩容器，设有12个疏水接管，用于接纳疏水系统
图中疏水集管h、i的疏水，6#、7#、8#低加危急疏水，辅汽疏水，
除氧器溢流疏水，小汽机本体疏水，锅炉5%启动疏水，1#、2#、
3#高加危急疏水等。

各疏水接管接口不得互换，具体接口位置详见
疏水扩容器II (图号M740-033000A)及工程的疏水系统图。

3.各疏水支管接入疏水母管时，必须按各疏水点的疏水压力分
类排列，对于接入同一母管上疏水压力较高者须离疏水扩容器相
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对较远处接入，压力较低者应靠近疏水扩容器接入，且各支管应
与母管成45?夹角接入，方向向着扩容器，以保证各疏水点疏水
畅通。

4. 扩容器安装就位，管路连接好后与凝汽器一道做密封性试验。

试验时扩容器必须加临时支撑。

5. 疏水扩容器投运时，应同时投入喷水，喷水的投入及喷水量的大小可通过设置在喷水管路上的阀门进行控制调节，保证扩容器内温度小于80?，压力小于0.14MPa (a)。

每台扩容器的设计喷水压力为1.0MPa，喷水量约为7.2Kg/s。

6. 喷水管路上需设置滤网，滤网不得小于32目。

应定期清洗滤网，以防止喷孔阻塞。

7. 波形膨胀节上运输用的固定螺杆在膨胀节安装就位灌水试验后必须取下。

8(疏水扩容器最大负荷工况一般是在机组启动过程中，因此，在新机投运期间，机组启动、停机或加热器事故疏水门全开时，应注意监视扩容器的运行状况。

当其温度、压力过高或不正常时，须及时检查汽机各疏水阀门、管路及滤网的情况并及时处理，掌握疏水扩容器的运行规律，设置喷水阀的开启大小，从而达到保证
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三扩容器事故分析
2004-07-18，2号机组首次冲转进入整套试运行阶段后，启动疏水扩容器一直存在响声大，振动大的问题，尤其在机组甩负荷后更为突出。

7月19日上午，由于汽轮机监控系统(TSI)失电，导致机组汽轮机紧急跳闸保护系统(ETS)动作跳机，机组负荷从270MW甩至0。

停机后，出现启动疏水扩容器压力表管被冲断飞出的异常状况。

之后于7月19日下午、7月31日、8月6日、8月9日连续发生4次高负荷跳机，使启动疏水扩容器出现了更为严重的异常状况，有金属碎片从启动疏水扩容器的排气管中飞出。

现场检查发现，扩容器的内部构件中用于固定扩容管的下圆环脱落，上圆环变形，下部疏水口被破碎的铁块封住，内部结构已遭到严重损坏。

由此可得出结论，扩容器内部金属部件的损坏是由于高温高压蒸汽直接进入扩容器，使扩容器内部构件所承受的压力、温度超过设计压力及设计温度所造成的。

2 故障原因分析
1.从扩容器管路阀门系统分析
由于该机组的相关疏水阀均采用全开、全关的气动阀，不能维
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持在中间开度，所以，在机组热态、极热态开机过程中，尽管蒸汽温度和管壁金属温度较高，只需要对管道进行少量疏水，但由于气动疏水阀只能全开，势必造成过多的高温、高压蒸汽进入扩容器，不利于扩容器的安全运行。

因此，有必要对管道阀门系统进行改进，使之能实现机组在热态、极热态启动等特殊工况下适当控制疏水量。

2 从扩容器减温喷水系统分析
目前，启动疏水扩容器的减温喷水水源来自工业水。

工业水母管的水压为
0.4MPa左右。

试运行中常发现启动疏水扩容器的减温喷水压力过低、水量过小。

为了保证机组启动疏水时进入启动疏水扩容器的高温高压蒸汽能得到充分的冷却减温，使扩容器不超温、不超压，应采取措施提高减温水压、增加减温水量，如增加管径，改用稳定水压较高的减温喷水水源。

同时，还应增强减温喷水在扩容器内部的冷却效果，使减温喷水在扩容器内部达到喷淋状态，但设备厂家原设计中并没有采取专门的雾化措施。

3. 从气动疏水阀的DCS控制逻辑分析
4. 启动疏水扩容器气动疏水阀的控制逻辑
(1)机组负荷小于20%额定负荷，联开疏水阀1，2，3，4(见图1);负荷大于22%额定负荷，联关疏水阀。

(2)当再热热段管道启动疏水罐，再热冷段管道启动疏水罐、
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一段抽汽管道疏水罐，任一疏水罐水位高或高高，则打开相应的疏水阀。

无液位高后15s，联关。

5.控制逻辑存在的问题
(1)主汽管道启动疏水阀的动作仅以机组负荷为控制条件，是不够合理的。

因为在机组甩负荷停机过程中，机组从高负荷降到0是很短的过程，此时蒸汽参数仍
很高，甚至接近设计压力17.75MPa，设计温度540?，从疏水的意义上讲，此时主蒸汽管道没有必要进行疏水。

但是按照控制逻辑，此时负荷小于20%额定负荷，因此疏水阀处于全开状态，大量高温高压蒸汽直接进入启动疏水扩容器内，使扩容器严重过负荷、超温超压，直至内部构件损坏。

另外，在机组甩负荷停机后短时间内又开机的极热态启动过程中，主汽管道及主蒸汽温度仍很高，此时也不应仅以负荷为判断启动疏水阀动作的控制依据。

因此，除了机组负荷外，还应引进蒸汽温度、管壁温度或者温度变化速率为疏水阀动作的控制依据。

(2)从机组跳闸过程的分析结果可知，在机组跳闸过程中“机组负荷小于20%额定负荷”并不是必要的疏水条件。

因此，“机组负荷小于20%额定负荷”应只是机组非跳闸状态下联开疏水阀的条件。

(3)控制逻辑要求“机组负荷小于20%额定负荷，联开进入启动疏扩的疏水阀”，并未考虑到启动疏水扩容器在此工况下的承受能力。

实际运行中，应在保证汽轮机本体的可靠安全疏水的基础上，通过计
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算分析后，适当下调起始疏水的负荷值，做到既要保证低负荷时的疏水效果，又要兼顾启动疏水扩容器的承受能力
四疏水扩容器优化经济性
优化方案方案
1(管路及阀们系统的改进对1，2，3，4气动疏水阀分别加装了28×3.5的旁路管道及旁路手动一、二次门，见图l。

这样，就可在机组运行中根据实际情况控制进入启动疏水扩容器的疏水量，必要时适当开启疏水阀旁路一、二次门进行疏水，做到既可以保证疏水效果，又可以防止启动疏水扩容器超温、超压损坏。

2(减温喷水装置的改进
加大启动疏水扩容器的减温喷水管管径，由原来的?45×2.5改为?57×3，以增加冷却水量。

将减温喷水水源由工业水改为压力更高、水源更稳的凝结水，运行中凝结水母管压力可达3.0MPa。

为了加强减温喷水在扩容器内的冷却效果，还
将?57×3的减温喷水管道伸入启动疏水扩容器内部。

伸入部分采用强度足够高的20号锅炉钢(20G)，在伸入管道四周开孔，使伸入管道周向8个方向都有喷水，从而使减温喷水在扩容器内达到喷淋效果。

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3 .疏水阀控制逻辑的改进
(1)汽机挂闸状态下(即非跳闸状态)，机组负荷小于10%额定负荷时，联开疏水阀1，2，3，4，负荷大于11%额定负荷时，联关气动疏水阀。

(2)机组在非挂闸状态(即跳闸状态)，且主汽门前蒸汽温度不超过450?时，联开疏水阀1，2，3，4。

(3)再热冷段管道、再热热段管道、一段抽汽管道的疏水罐液位高或高高时，联开其相应的气动疏水阀，无液位高后15s，联关。

(4)汽机挂闸状态下，主汽门前蒸汽温度小于450?，且温度下降率大于5?/min 时，联开气动疏水阀1。

(5)当气动疏水阀1或3开启时，联开启动疏水扩容器喷水阀，气动疏水阀关后延时10s后，联关喷水阀。

(6)汽机挂闸时，进入启动疏水扩容器的蒸汽温度大于338?时，联开启动疏水扩容器喷水阀。

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总结
通过本次《汽轮机本体疏水系统系统课程设计》，使我对汽轮机本体疏水系统各部分的结构有了重新的认识，更好的了解其构造原理和运行过程，通过对参考资
料的查阅，使我学会了很多知识，最重要的是学会了很多学习的方法，培养了良好的自学和查阅课外资料的能力。

要较好的完成设计任务，就需要学习掌握很多的专业知识。

但是时间是有限的，所以提高学习的效率就显的尤为重要。

下面我就对我自己在完成课程设计的过程中所学到的一些东西谈一下自己的看法。

第一，就是要明确设计任务，并根据老师提供的课程设计的工作计划再结合自己实际情况制定出适合自己应用的工作计划。

明确了设计任务，在学习以及查资料当中才会重点、有针对性，而不是盲目的什么知识都要看，只需看需要的就可以了;有了工作计划，才能够做到紊而不乱，井而有序。

要能够明确自己在什么时候该完成什么任务。

第二，在看自己专业的相关知识时争取做到快、系统、有一定的深度。

快，是必须的，因为时间有限，而且这方面的知识都会在之前或多或少的学过一些，不必向学新的知识那样要慢慢的看，因而可以适当的提高一点速度;同时，还应该做到系统，不能因为要求快就学“盲人模象”，东看一点、西学一些，因为只有系统的学习了专业知识之后，才能够在做课程设计时把问题看的更全面，而不是片面的，或者是甚至是做出一些错误的结论;而且我认为在看自己专业的相关知识时还应有一定的深度，这样才不会把问题看的很肤浅，从而可以更正确解决问题，并且还会使得结论具有一定的深度。

第三，我在绘制各种系统图的时候，学着采用了CAD绘制，不仅使自己熟练的掌握了画图技巧，也使设计过程中的计算更加准确，图形的结构表达的更加明显。

以上就是我通过完成汽轮机本体疏水系统的课程设计所学到的一点学习方法。

我会在以后的学习过程中融入这些方法，并且不断这这些方法进行改进，从而使方法能够更好地适用于我。

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参考文献
图【1】严家禄、王永青.工程热力学.北京:中国电力出版社，2006 图【2】杨世铭、陶文铨(传热学(北京:高等教育出版社，2006.8 图孙为民、杨巧云.电厂汽轮机.北京:中国电力出版社，2005 表【1】叶涛.热力发电厂.北京:中国电力出版社，2006 图【3】黄新元.热力发电厂课程设计.北京:中国电力出版社，2004.9 《热力发电厂》( 2001)，中国电力出版社，郑体宽主编
《热力发电厂》( 2004)，中国电力出版社，叶涛主编
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