高温高压汽轮发电机组仪表导管和阀门设计思考

时间：2018年08月11日分类：科学技术论文次数：

高温高压汽轮发电机组对热工仪表导管和阀门的选用提出了更高要求，目前国内冶金行业在这方面还没有完善的规范可循，给仪表设计选用带来一定的困难。下面文章主要结合以往的工程实际，分析了仪表导管和仪表阀门的选用情况，希望能为以后的设计提供参考。关键

　　高温高压汽轮发电机组对热工仪表导管和阀门的选用提出了更高要求，目前国内冶金行业在这方面还没有完善的规范可循，给仪表设计选用带来一定的困难。下面文章主要结合以往的工程实际，分析了仪表导管和仪表阀门的选用情况，希望能为以后的设计提供参考。

　　关键词:仪表导管;仪表阀门;高温高压

发电机组

　　某钢厂新建30MW高温高压双抽凝汽式汽轮发电机组，额定进汽压力为8.83MPa，额定进汽温度为535℃，减温水压力为16.0MPa。冶金行业标准《冶金工业自动化仪表与控制装置安装通用图册》规定:蒸汽和液体取压管路的最大公称压力均为10.0MPa(PN10.0MPa)，同时蒸汽取压管路的温度需小于等于540℃(t≤540℃)。而该汽轮机的运行工况已经接近或超出冶金行业标准。

　　因此在设计时，仪表导管和仪表阀的选用同时借鉴我国现行的电力行业标准《火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定》(DL/T5182—2004)。汽轮机压力和温度等参数的提高，对主蒸汽和高压给水系统部分的现场测量仪表及附属设备(仪表导管和仪表阀门等)也带来新的、更高的要求。本文结合工程情况，总结仪表导管和仪表阀门选用的经验，提出切实可行的选用方案。

　　1压力测量系统

　　仪表导管和仪表阀门主要是应用在压力测量系统中。该系统由取压装置、导压管和测量仪表组成[1]。机组中的高温高压蒸汽和水系统压力信号的测量均通过导压管从工艺管道的取样点接至变送器，通过导压管或冷凝罐的冷却，介质温度可以降至变送器可承受的范围(≤110℃)。目前国内外变送器的主流品牌均有满足机组所需压力要求的产品，故根据测量要求直接选用即可。

　　因此，本文仅对机组采用的高温高压汽水系统仪表测量导管及仪表阀门的选用作分析和研究，选择出能满足相关工艺参数、测量准确性和长期安全工作要求的现场测量仪表及附属设备。

　　2仪表导管的选用

　　仪表导管为连接管路测量点和变送器之间的导管，它是检测和控制系统中的重要环节。对仪表导管的要求是把测量对象上被测参数的任何变化以尽可能小的滞后正确地传送到测量仪表上。仪表导管的选择就是按照这一要求考虑的。为此，要考虑仪表导管的管径和其传输的长度，同时要根据被测介质的压力、温度和物理、化学性质来考虑选用导管的材质[2]。

　　仪表导管包括一次导管(取样短管、一次阀前与取样点之间导管)和二次导管(一次阀后导管)。一次导管应按被测介质的设计压力和设计温度选择，并考虑焊接工艺要求。二次导管及导管附件宜按被测介质的设计压力和排污时的最高温度选择，结合工程实际运行情况，也可按照设计压力及其对应的饱和温度选择[3]，根据《火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定》。

　　从保证仪表导管的可靠性、合理性出发，同时兼顾减少仪表导管种类。因此在本工程中，主蒸汽(8.83MPa、535℃)管路以及介质压力在6.4MPa以上的蒸汽管路的导管选取为:取样短管采用22×6(mm)规格的12CrlMoV合金钢，长度为高出工艺管道保温层200mm。一次阀后导管采用16×3(mm)规格的1Cr18Ni9Ti无缝钢管。高压给水系统(包括汽包、过热蒸汽减温水)等水管路的导管选取为:取样短管同样采用22×6(mm)规格的0Cr18Ni9无缝钢管或与主管道同材质，长度为伸出管道保温层200mm。

　　一次阀后的取样短管采用16×3(mm)规格的1Cr18Ni9Ti无缝钢管。高压蒸汽管道取样短管的温度同主工艺管道的介质温度一样，因此取样短管的材质尽量采用与主工艺管道相同的材质，一方面是这种合金钢的性能具有耐热优势，另一方面也可减少现场施工的难度，避免由于焊接处理异种钢不当而带来的风险。当然，整个机组的不同部位的取样短管也要根据各个部位的实际情况综合考虑选择。

　　3仪表阀门的选用

　　导压管路上设有取压阀。取压阀的结构应保证流路通畅，尽量没有弯曲，从而防止气体或液体在阀体中的聚集。对于蒸汽等高温、高压介质，为保证操作安全，差压变送器必须配置三阀组件才能使用。测量蒸汽介质时，为了保证冷凝水能够完全充满导压管和差压变送器的测量室，必须要进行必要的排汽操作。

　　排汽操作的要点是用蒸汽将导压管中的空气彻底吹扫干净，这样的操作必须由排污阀来完成，因此，测量蒸汽介质的仪表设备必须配置排污阀。对于被测介质是高温、高压的过热蒸汽时，取压阀的选取更是重要，要保证不发生泄漏，以免影响系统的正常运行。仪表阀门类别包括一次阀门、二次阀门、排污阀门等。一次阀门应按照被测介质的设计压力和设计温度选取，并考虑焊接工艺要求。二次阀门、排污阀门等应按照被测介质的设计压力和排污时的最高温度选取[4]。

　　在高温高压系统中，对于一次阀门形式的选用应考虑到以下几点:(1)应选用针型阀(NeedleValve)或截止阀(GlobeValve)。针型阀和截止阀为同一类阀门，考虑到这类阀门“之”字形阀门腔体结构(见图2)，可承受比直通阀门如闸阀等更高的工作压力;(2)考虑系统的温度压力要求。阀门列明的工作温度压力必须满足系统的设计要求，可以参考ASMEB16.34阀门设计压力规范，通常应该选用#2500lbs以上阀门;(3)考虑阀门的通径要求。截止阀和针型阀的主要区别在于阀门的通径，截止阀为工艺结构的阀门，其通径通常大于针阀，所以对于部分流量要求较高的一次阀门，可以考虑选用。而在DN10-DN20的范围，针阀和截止阀具有相同的设计及应用特点。

　　一次阀门由于邻接于工艺管道，其所需承受的介质温度压力几乎等同于工艺管道，也就是必须承受主蒸汽的设计温度压力。考虑到金属材料在高温下性能的变化，特别是耐受压力的性能下降，因此主蒸汽系统一次阀门的材料的选择，也是保证系统正常运行的重要因素。在本项目中，在高温高压蒸汽管路上的一次阀全部选用了Schneider(施耐德)的焊接式针型阀，材质为高温合金钢。这种针型阀在很多苛刻环境下，性能长时间不会发生改变。这些特殊的设计，还有具有防爆，耐高压高温的作用，传送危险流体时候，安全性能可以提高很多，也可以减少意外发生。

　　二次阀门的安装靠近测量仪表，此时导管内介质的温度已经下降很多。二次阀门的耐压能力宜按被测介质的设计压力选择，耐温能力可略低于被测介质的设计温度[5]。在兼顾安全性和经济性的前提下，根据工程实际情况酌情选择。排污阀门根据其安装位置不同而有不同的选择。在操作过程中，排污阀门容易受到含杂质介质的冲刷，容易受到磨损而造成故障。这些情况在阀门选型时，需要特别关注。

　　4结束语

　　仪表导管和仪表阀门作为压力测量的重要部件，在系统中虽然是小型设备，但却关系到整个系统运行的监测和控制，在发电机组中扮演着不可或缺的重要角色。综上所述，考虑到高温高压机组的苛刻工况，仪表管路和仪表阀门选用时必须从各个方面考虑到其适应程度，以保证机组在长时间内运行的安全性。

　　参考文献:

　　[1]中国冶金建设协会.钢铁企业过程检测和控制自动化设计手册[M].北京:冶金工业出版社，2002.

　　[2]中华人民共和国电力行业标准.DL/T5182—2004，火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定[M].北京:中国电力出版社，2004.

　　[3]中国电力工程顾问集团公司企业标准.Q/DG1-K001—2011火力发电厂仪表与控制电缆、导管和就地设备布置设计导则[S].北京:中国电力工程顾问集团公司，2011.

　　[4]董春.卢伟.超超临界电厂热工仪表导管阀门的设计选型研究[J].电力勘测设计，2013(3):40.

　　[5]鲁魁.周立仁.周斌.超超临界机组仪表导管和高温高压仪表阀的选用[J].浙江电力，2007(6):73.

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