菲律宾CALACA电厂循环水管道系统水(汽)锤应力计算

工况
泵出口处 最大压力 泵出口处 最小压力 凝汽器出 最大压力 凝汽器出 最低压力 凝汽器最 最小流量 水泵最高 桁架高点
的最大压 发生时间 的最小压 发生时间 水端最高 发生时间 水端最低 发生时间 小流量 发生时间 相对反转 处最高压
力
（s）
力
（s） 压力 （s） 压力 （s） （m3/s） （s）
/
43.53
20D‐0650 24.08 76.4 ‐9.63 66.09 4.57 93.4 ‐9.63 72.3 ‐0.62 70.1
/
17.87
20D‐0839 55.89 66.9 ‐9.63 54.7 24.51 67.8 ‐9.63 69.5 ‐1.34 67.2
/
39.51
20D‐0850 21.48 77.8 ‐9.63 68.1 3.36 88.2 ‐9.63 73.6 ‐0.69 76.7
菲律宾 CALACA 电厂循环水管道系统水（汽）锤应力计算
江新耀 何正光 冯伟波 何坤 （湖北省电力勘测设计院，湖北 武汉 430040）
摘要：针对菲律宾 CALACA 电厂直流供水系统的特点，应用一维流体分析软件 PIPENET 对电厂供水系 统进行仿真建模，介绍了电厂主要的供水系统构筑物的模型简化及建立依据。对供水管道布置方案及各种 事故停泵工况下不同关阀规律对应的瞬变流过程进行仿真研究，选择合理的管道布置方案，得出较理想的 关阀操作规律。同时采用国际通用软件 CAESARⅡ对桁架处管道进行了精确动态分析。研究结果表明合理的 关阀对保证整个供水系统安全运行有着重要的意义。
结果详见图 3 和图 4。
模型计算结果： 当供水管道布置在桁架中部时，阀前最大水锤压力为 24.08m； 当供水管道布置在桁架顶部时，阀前最大水锤压力为 49.71m。 通过对比发现，事故状态关阀时，供水管道布置在桁架顶部方案阀前最大水锤压力明显 大于布置在桁架中部方案，对供水系统的安全运行是不利的，因此本工程选择供水管道布置 在桁架中部方案。
plant were introduced by adopting one‐dimensional fluid analysis software PIPENET which could simulate water
supply system of power plant.The layout of water supply pipe and the transient flow course of different valve
/
12.34
21D‐0414 14.82
10
‐4.93 28.0 ‐5.21 29.0 ‐7.58 29.0 5.57 44.7
的最大压 发生时间 的最小压 发生时间 水端最高 发生时间 水端最低 发生时间 小流量 发生时间 相对反转 处最高压
力
（s）
力
（s） 压力 （s） 压力 （s） （m3/s） （s）
速
力
（mH2O）
（mH2O）
（mH2O）
（mH2O）
（%） （mH2O）
20M‐45 75.67 68.4 ‐9.63 54.4 33.04 69.6 ‐9.63 68.6 ‐1.51 68.3
3.事故停泵关阀瞬变流计算机仿真 3.1 关阀方案的选择
计算分析中考虑各种水力瞬态条件下，水泵出口采用电动蝶阀和液控蝶阀条件下的各种
可能运行工况，各工况事故发生时间起始为 10s。计算工况如表 1。 表 1 计算工况表
工况编号
工况说明
20
两台泵并联运行，且同时事故断电
21
两台泵并联运行，其中一台泵事故断电
closing regularity was simulated under working condition of pump termination,choose the proper piping layout
and the satisfactory valve closing operation regularity was obtained. While using common International software CAESAR Ⅱto accuracy analysis dynamic force of pipeline at truss.The results showed that proper valve closing has an important significance at ensuring the safe operation of the once‐through water supply system.
3.3.5 21 和 11 工况下凝汽器流量变化过程线见图 13 和 14。
3.3.6 20D‐0426 工况各瞬变流变化过程线见图 15 和图 16。
3.3.7 各工况下瞬变量特征值统计分别见表
表 2 采用电动蝶阀事故断电启闭阀时水锤计算表
工况
泵出口处 最大压力 泵出口处 最小压力 凝汽器出 最大压力 凝汽器出 最低压力 凝汽器最 最小流量 水泵最高 桁架高点
Abstract: According to the characteristics of once‐through water supply system in Philippines CALACA
power plant,the model simplification and basis of establishment for main structures water supply systems in the
3.3 关阀方案计算结果汇总 3.3.1 20M‐45 工况各瞬变流变化过程线见图 5 和图 6。
3.3.2 20M‐60 工况各瞬变流变化过程线见图 7 和图 8。 3.3.3 20D‐0639 工况各瞬变流变化过程线见图 9 和 10 3.3.4 20D‐0650 工况各瞬变流变化过程线见图 11 和 12。
速
力
（mH2O）
（mH2O）
（mH2O）
（mH2O）
（%） （mH2O）
20D‐0426 189.44 63.6 ‐9.63 36.4 81.92 64.9 ‐9.63 62.9 ‐2.52 62.7
/
76.90
20D‐0639 57.54 65.9 ‐9.63 52.2 8.06 84.3 ‐9.63 64.2 ‐0.99 67.7
② 阀门：采用 PIPENET 中的 Operating 模型，根据厂家资料输入相应阀门参数。 ③ 凝汽器：在实际工程中，将凝汽器边界简化为一个集中摩阻，其内部水冷却管道的
长度忽略不计[3].该设计模型可采用 PIPENET 中的 Pressure Loss 模型，代替原则是过 水流量相等，构件阻力与凝汽器相等。其阻力等效数学公式为:
电厂供水系统的特点是大流量、低扬程。事故情况下，不合理的关阀会造成严重的安全 和生产事故[1]。凝汽器的位置和高程在瞬变流过程中处于驼峰位置易产生弥合水锤[2]，在阀 门处产生水击波。同时管系中的压力不平衡将在管道轴向产生冲击力，不合理的关阀会使这 类冲击力的瞬时值达到惊人的数值，作用于管系、支吊架和设备接口，易形成管系共振、支 架损坏Байду номын сангаас后果。根据本工程水工工艺要求，重点对循环水系统进行如下分析：①泵出口阀前 压力分析；②水泵转速变化分析；③供水管道桁架段最高处压力分析；④凝汽器压力分析； ⑤凝汽器水量分析；⑥桁架处支吊架静态和动态应力分析。 1.3 主要参数
11
一台泵运行事故断电，另一台泵同时启动投入运行
M
水泵出口采用电动蝶阀
M‐45
表示电动蝶阀关闭时间为 45s
D
表示水泵出口采用两阶段关闭液控蝶阀
D‐0644
表示两阶段关闭蝶阀由全开到 17%开度的关闭时间为 6s，17%开度到全关为 44s,蝶阀开启时间为
30s
3.2 对不同土建方案的瞬变流比较 对 2 台泵同时断电进行瞬变流计算分析，关阀方式为 20D0650，两种方案的阀前压力
究对象，1 号机配置 2 台循环水泵、循环水母管采用 ø2020×16 焊接钢管。 供水管道布置受现有厂区布局限制，在跨越现有 32m 宽排水沟区域，提出两种方案：①
供水管道布置在土建桁架中部，优点是供水管道抬高较少；缺点是土建桁架为了腾出循环水 布置空间，需采用斜桁架布置形式，并去除两端部分斜跨，造成桁架结构梁偏大。②供水管 道布置在桁架顶部，优点无空间限制，土建方案较合理；缺点供水管道抬高较大。供水系统 高程布置图见图 1。
水泵转动惯量 10000kg·m2；额定转速 510r/min（60HZ 电机）。环境参数：大气压力为 101325pa；循环水温度以 33℃计；海水动力黏度 0.00077Pa·s；饱和蒸汽压力为 5128pa。 2．供水系统及主要构筑物模型的建立
2.1 供水系统高程布置 经计算 1 号机供水管道因起伏较大，实际水锤力更大，因此本次研究主要以 1 号机为研
关键词： 直流供水； 瞬变流； 事故关阀； 水锤力； 响应谱分析
Water (steam) Hammer Stress Calculation of Water Circulation Pipe system of Philippines CALACA power plant
Jiang Xinyao， He Zhengguang， Feng Weibo，He Kun （Hubei Electric Power Survey & Design Institute，Wuhan 430040，China）
△p =KQ2 式中△p 为压降，m；K 为阻力系数，s/m2;Q 为流量，m3/s。 ④ 排水井及虹吸井：根据电厂工艺，排水井及虹吸井可简化采用 PIPENET 中的 Receiving
Vsssel 模型，根据虹吸井的液位设置该模型溢流液位，根据实际容积设置模型的体 积参数。 ⑤ 管道：采用 PIPENET 中的 Pipe 模型。 ⑥ 循环水泵：采用 PIPENET 中的 Turpo Pump，输入水泵第一象限曲线参数，同时根据 第一象限参数利用 Suter Curve 表格进行修正其他三个象限。PIPENET 模型如图 2。
2.2 主要构筑物模型的建立 采用一维工程流体管路系统分析软件 PIPENET 模拟事故起停泵关阀瞬变流，该软件采用
固定时间步长非差值特征值特征线法，可对系统压力分布、流量分布、元件的流阻及流量进 行精确的计算，对于各种复杂的流体管网系统，均可快速、有效、精确地建立模型。
① 吸水前池：吸水前池与大海直接连接，距离较短，故在出现瞬变流的短时间内液面 基本保持不变，该设计模型可采用 PIPENET 中的压力源。
/
10.01
11M‐30 11.93 40.0 ‐4.71
12
‐4.94 41.0 ‐9.51 41.0 3.73 22.0
/
9.81
11M‐45 17.99 55.0 ‐4.95 12.0 ‐5.00 56.0 ‐9.11 11.0 3.73 22.1
/
10.55
表 3 采用两阶段蝶阀事故断电启闭阀时水锤计算表
/
47.3
20M‐60 16.40 77.9 ‐9.63 70.1 ‐0.25 73.1 ‐9.63 74.7 ‐0.43 72.6
/
10.01
21M‐30 14.82
10
3.18 39.9 ‐5.84
10
‐6.93 41.0 5.57 48.9
/
10.01
21M‐45 14.82
10
2.60 46.1 ‐5.43 56.0 ‐8.73 56.0 4.89 54.7
Key words: once‐through water supply; transient flow; accidental valve closing; water hammer; response
spectrum analysis
1. 工程概况 1.1 运行工况
本期电厂新建 1 号、2 号机组采用单元制海水直流供水系统，本期循环水泵房与现有电 厂循环水泵房紧邻，受原有电厂布局影响，本期电厂距离新建循环水泵房较远，供水管道最 远有 1.2km，且需跨越现有电厂 32m 宽的排水渠，供水管道需要架空沿桁架敷设。长年运 行工况，每台机采用 2 台并联运行，单泵运行工况为 Q=3.98m3/s,H=24.2m,η>86%； 1.2 主要研究内容