專利名稱：改進的預分離器疏水輸送系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到汽輪機，特別涉及到改進將預分離器冷凝水從疏水收集罐輸送到水份分離器再熱器疏水罐的效率的裝置。
為了除去經(jīng)過排汽系統(tǒng)的汽流中挾帶的液體，預分離器的效用是眾所周知的。在核電站中，如果不裝設(shè)預分離器，用稱為下連通管的一些排汽管，將高壓汽輪機的出口與一個或多個水份分離器或者水份分離器再熱器連接，這些排汽管將受到嚴重的浸蝕損壞。在幾個出版物中，已經(jīng)充分地解釋了這種浸蝕。尤其是授予Silvestri并轉(zhuǎn)讓給西屋公司的美國4527396號專利，公開了一種水份預分離器，用來從汽輪機排汽管路內(nèi)流動濕蒸汽的氣流中除去造成浸蝕的液體。那個發(fā)明是一個較大的方案的一部分，用于除去在整個汽輪機排汽系統(tǒng)內(nèi)流動的排汽中攜帶的液體，以減少在汽輪機中排汽管路的浸蝕，如Silvestri和Draper并轉(zhuǎn)讓給美國西屋電氣公司的美國第4622819號專利所述。一種瑞士的水份預分離器設(shè)計也揭示了由于離開高壓汽輪機的蒸汽的水含量造成腐蝕的問題，并在VonBoekn，Hutton和Patrick，ASME1984年合辦的發(fā)電聯(lián)席會議第84-JPGC-PWR-30“水份分離器和通過安裝水份預分離器循環(huán)效率的改善”文中已作敘述。
從排汽系統(tǒng)分離出來水份，一般首先被輸送到一個收集罐，然后被輸送到一個水份分離器再熱器收集罐。將水份預分離器加入到現(xiàn)有汽輪機系統(tǒng)的一個主要問題是避免在水份分離器再熱器中分離器級的疏水系統(tǒng)中的擾動。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通常其位置接近于汽輪機排汽口的水份預分離器的工作壓力比來自水份分離器再熱器的疏水管路的壓力高。其壓差約為汽輪機排汽壓力的2-3%。也有證據(jù)說明，在預分離器水收集段內(nèi)，預分離器內(nèi)壁和排汽喉部之間，或和下連通管壁之間，蒸汽速度恢復為壓力。這種現(xiàn)象能夠使壓差增加到汽輪機排汽壓力的4%。
給定在預分離器疏水和水份分離器再熱器(MSR)疏水之間的壓差為2-4%，預分離器疏水收集罐至水份分離器再熱器疏水罐的直接連接會導致擴容，并會削弱MSR的排水能力，也就是，隨著排放液體體積增加，汽袋可以阻塞疏水管道，并因此減少排汽流量。依照汽袋形成和消失，排出液體的膨脹和收縮在系統(tǒng)的硬件上形成氣蝕和嚴重的機械應力。當在預分離器系統(tǒng)的疏水中發(fā)生擴容時，可以由MSR疏水罐的液位波動幅值的強大檢測到。
解決擴容問題一個方法是省去來自預分離器的疏水管路的保溫材料，以降低水溫，并有希望降低在MSR疏水罐處的壓差。然而此方法在總體上并不是有效的，這是因為盡管減少或限制了保溫，已觀察到增大了的MSR疏水罐液面的波動幅度接近于高位汽輪機系統(tǒng)跳閘整定值。還有，此方法經(jīng)濟上是不利的，即對設(shè)備熱效率起了消極作用并增大了電廠冷卻和通風系統(tǒng)中的負荷。
在一些汽輪機系統(tǒng)中，把液體從預分離器疏水收集罐輸送到MSR疏水罐是不可行的，在這種系統(tǒng)中MSR疏水罐可以設(shè)置在預分離器收集罐上方。預分離器疏水通常飽含蒸汽。如果水向上流動，2-4%的壓差會導致擴容。再者，MSR可能具有罐位控制系統(tǒng)，諸如在疏水管路中的一個閥門;將預分離器疏出的液體輸送進MSR出口疏水管將使閥門變得無效。在這種結(jié)構(gòu)中，另一方法是將液體從預分離器罐輸送到帶有水位控制的并與加熱器相連的一個加熱器，這需要在該加熱器壁上開一個孔并焊接一個接管座。然而，壓力容器法規(guī)和NRC規(guī)則極可能要求進行焊縫X射線檢驗和加熱器水壓試驗。這些工藝過程花費很大且往往是不可行的。
因而本發(fā)明的主要目的是提供一種用于將液體從預分離器疏水輸送到MSR而沒有擴容的危險的有效和經(jīng)濟的方法及裝置。并且這種方法和裝置適用于涉及水份預分離器疏水的改造安裝的改造應用中。
以此為目的，本發(fā)明為在汽輪機系統(tǒng)中采用一種水份預分離器疏水系統(tǒng)來防止汽輪機排汽和至少一個水份分離器疏水罐之間的排汽管路浸蝕。上述疏水系統(tǒng)包括通向一個收集罐的疏水管路，收集罐用于收集從汽輪機排汽室引出的蒸汽中由預分離器除去的疏放液體，收集罐為水份分離器疏水罐的上游，上述系統(tǒng)包括一個用于預分離器疏水液體引出收集罐的防止擴容的裝置，其特征為在收集罐和水份分離器疏水罐之間設(shè)有抽出器，用于從收集罐抽吸液體;一個與上述抽出器相連的運動流體源，上述運動流體比收集罐中液體的溫度低，而比收集罐中液體的壓力高;第一管路設(shè)施用于把液體從收集罐輸送到上述抽出器;第二管路設(shè)施用于把從上述抽出器排出的液體輸送到水份分離器疏水罐;和包括用于將上述運動流體控制進入上述抽出器的控制設(shè)備。
該抽出器根據(jù)文杜里原理工作，起著一種泵的作用，以提高液體的壓力和進一步冷卻液體。運動液體使取自一臺或多臺汽輪機給水加熱器排出的凝結(jié)水加壓;加壓后的加熱器凝結(jié)水通常比收集罐的水冷。抽出器將凝結(jié)水與收集罐的水混合，從而產(chǎn)生比收集罐的水溫度低5-10℃的抽出器排出水。在出現(xiàn)擴容的危險以前較冷的抽出器排出水現(xiàn)在可以承受非常大的壓力降，為汽輪機排汽壓力的13-20%。
用于預分離器疏水的收集罐設(shè)有一個伸出罐內(nèi)壁的排出管路，以維持最低水位，這樣又使分離器疏水入口浸于水下。這種結(jié)構(gòu)防止蒸汽往下流進預分離器疏水管路。為了提供防止收集罐和排放管之間的管路中擴容的額外的裕度，該系統(tǒng)還將小量的加熱器凝結(jié)水噴灑進收集罐中，以稍微冷卻疏水。
本發(fā)明的好處包括與傳統(tǒng)的疏水系統(tǒng)的出力損失相比，設(shè)備綜合熱效率提高;傳統(tǒng)系統(tǒng)沒有抽出器且在排放管上為了使來自預分離器的疏水冷卻，將保溫材料除去。另一個好處是減小了收集器疏水罐下游的預分離器管路系統(tǒng)的尺寸。沒有抽出器的傳統(tǒng)系統(tǒng)需要疏水管路的直徑為12-16英寸，以防止擴容。反之用了抽出器，疏水管路直徑可以減小到6英寸，使購置和安裝預分離器系統(tǒng)的費用明顯地節(jié)省。
本發(fā)明從以下僅作為舉例示出的一個較佳實施例的敘述，將變得更為容易明白，在附圖中

圖1是一種汽輪機中至水份分離器再熱器疏水罐的傳統(tǒng)預分離器疏水輸送系統(tǒng)的一張簡單示意圖;
圖2是一個可以和本發(fā)明一起用的一種形式的抽出器的橫斷面圖，示出運動和抽吸流體的方向、進入、混合、壓縮和排出;
圖3是改進后的預分離器疏水輸送系統(tǒng)的一張簡示圖，包括有本發(fā)明的敘述內(nèi)容;
圖4是兩種抽出器的特性數(shù)據(jù)在工作范圍內(nèi)比較NPSH-5效率因數(shù)的關(guān)系曲線圖;和圖5是與本發(fā)明一起用的收集罐和疏水管路結(jié)構(gòu)、抽出器的進口的平面圖。
圖1簡單地示出核汽輪機系統(tǒng)中的水份預分離器疏水系統(tǒng)10的一種典型裝置。由飽含水份的排汽中分離出的液體從汽輪機排汽噴口12排出并送進一個收集罐14。一般，一臺高壓汽輪機至少會具有二個排汽噴管或噴口12，每個噴管或噴口將具有多個預分離出口噴管12的液體，通過一個或多個疏水管路13排進收集罐14。收集罐14設(shè)有一個孔口16，通過該孔口瞬時間形成的蒸汽，經(jīng)過排放口管路15和排汽管路17，被傳送到第二處給水加熱器18。圖例的系統(tǒng)包括多個成對的水份分離器再熱器(MSR)19。經(jīng)過各種蒸汽管路和連通管21，接收來自噴管12的排汽。
預分離器液體從收集罐14輸送進水份分離器再熱器疏水罐20，進入罐的液流受一個逆止閥22控制。
本發(fā)明抽出器部分102的簡示圖表示在圖2中，抽出器依熟知的文杜里效應、伯努利定律的推論工作。抽出器102具有一個設(shè)有噴管110的噴管端部104;運動的流體用箭頭V1表示，通過噴管110朝著擴壓器116噴進抽出器102。該運動流體是從一個或多個加熱器排出的高壓凝結(jié)水(未示出)。預分離器收集罐疏水或進水，用箭頭VS表示，由運動液體通過在本體112中的噴管端104的入口114，吸入到抽出器102中。運動流體和抽吸液體與擴壓器116中卷段118中發(fā)生動量交換，其中，本體112漸漸縮小成一個窄的喉部120。匯合的流體通過該吸入斷面118的流動用箭頭Vn表示。在喉部斷面120中，用箭頭Vt表示的匯合的液流已達到公共的速度，即運動流體已經(jīng)減慢了，而吸入流體已加速。抽出器102最后的斷面124到出口126具有一個比喉部120大的倒錐形。在這最后的斷面124中，混合后的液體的速度相應地減小。出口126排出混合后的液體用箭頭V2表示，在低于吸入液體Vs的溫度，高于Vs的壓下進入管路140′。在抽出器發(fā)生抽吸流體和運動流體之間的動量轉(zhuǎn)換，且在運動流體V1和抽吸流體Vs之間實現(xiàn)熱量和壓力交換，從而大大地減少抽出器102出口擴容的危險。
圖3是一個體現(xiàn)發(fā)明敘述內(nèi)容的水預分離器疏水系統(tǒng)的流程圖。除了抽出器系統(tǒng)的介紹以外，全部與圖1中的相同。抽出器102出現(xiàn)在收集罐14′和逆止閥22′之間的線路中。運動流體V1來自高壓水源，如圖中所示的一臺泵100;不過，如下面要討論的，在一個汽輪機系統(tǒng)中，可以得到足夠壓力和溫度的其他流體源。
抽出器102入口，運動流體V1的流動用兩個閥門進行控制，控制閥門132緊跟在截止閥130之后。閥門130和132根據(jù)收集罐14′(見圖5中水位控制器或傳感器150)中的水位進行控制。一個控制器134操作閥門130和132，以保持罐14′中所要求的水位。選擇好水位防止罐溢流，以使水不返回進排汽系統(tǒng)，且防止水位變得太低以致蒸汽引入分離器系統(tǒng)。最好，V1從與別的加熱器疏水串聯(lián)的一臺加熱器主凝結(jié)水排出管分接，或從一臺加熱器排出并泵送致另一臺加熱器(替代泵100)疏水前面引來。在兩種情況下，加熱器出口具有的水壓升頭將超過預分離器收集罐液體的壓頭。加熱器排水在任何情況下都需要正常的泵送到它的下一目標，第二處加熱器。分流一些加熱器排水用作抽出器的運動流體，造成非常小的相應的功率損失，損失的功率比由整個電廠的其他部件上減小的需求量補償?shù)墓β室?，這在下文公開的內(nèi)容中，將變得更為明了。
圖4畫出兩種型式抽出器在不同的凈正吸水頭(NPSH)水平和效率因數(shù)時的特性。抽出器的性能數(shù)據(jù)取自于Karassik，Kru-tzch，F(xiàn)raser和Messina泵手冊(MCGraw-Hill，1976)。按照其中發(fā)表的數(shù)據(jù)，一磅的運動流體可以泵即3.5至6磅抽吸流體，這取決于抽出器處的相應的壓力。從這些數(shù)據(jù)計算出，運動流體、來自一個或多個汽輪機加熱器的加壓凝結(jié)水V1與預分離器疏水收集罐液體Vs相混合，使抽出器的水V2比收集罐液體溫度低5-10℃。出口126處的V2排水在擴容前，可以經(jīng)受13-21%壓力降。
圖5示出設(shè)有向上伸到罐14′中的排放管140的收集罐14′，以保持水位142在足夠的高度，允許通過孔口13′，將疏水管13入口浸沒。本發(fā)明的這種特點將防止不希望的蒸汽向下流到疏水管13。在罐14′頂部處示出一個小出口管144，出口管連通到下流跨接管(未示出)。傳感器150傳感水位142，并通過用于控制流進抽出器102的運動流體V1流動的控制器134起動控制閥門132。
本發(fā)明的另一個特點包括將少量的加熱器排出冷凝結(jié)水噴入收集罐14′，以稍微預冷疏水管路13，從而為收集罐14′和抽出器102之間的排出管140中防止擴容提供額外的裕度。這種噴霧作用可以從運動流體源，即泵100，通過將控制閥146連接到罐14′獲得。噴頭148可以定位在罐14′中，并由水管路149連到閥146。由本發(fā)明產(chǎn)生的計算機壓差，正扣在本文中指出的，是以通過使用這種噴霧使預分離器疏水收集罐14′容積的飽和壓力下降0.35Kg/cm2為基礎(chǔ)的。
如前所述，將本發(fā)明并入一個現(xiàn)有的核動力的汽輪發(fā)電機系統(tǒng)，將會造成發(fā)電機系統(tǒng)的小的功率輸出損失。損失的大小隨加熱器疏水結(jié)構(gòu)、運動流體源的壓力、來自抽出器收集罐水壓力的排出壓力和MSR疏水罐靜壓力不同而變化。在將28kg/cm2的運動流體用于一個將所有加熱器疏水串聯(lián)的循環(huán)中的一個加熱器凝結(jié)水的系統(tǒng)中，從1154745千瓦總出力中計算得出力損失在117千瓦和200千瓦之間。對于一個不同的循環(huán)結(jié)構(gòu)，其中加熱器泵送一個或多個其他加熱器的排出水前面，其損失為29和34千瓦之間。這些損失對于一個沒有抽出器，依靠省略去疏水管路中的保溫，以冷卻預分離器疏水管路的傳統(tǒng)疏水系統(tǒng)情況，損失出力106千瓦相比，是可以忽略的。就傳統(tǒng)系統(tǒng)的出力損失計算，對因設(shè)備通風和由于疏水管路無保溫造成散熱引起的冷卻所增加的負載，該計算尚為樂觀，且不考慮效率損失和與水份分離器再熱器系統(tǒng)中擴容有關(guān)的其他問題的費用，而傳統(tǒng)疏水系統(tǒng)是不能有效地防止擴容的。
前面的計算假定抽出器的機械效率為25-30%，新研究的抽出器表明機械效率近似為40%。因此，在本發(fā)明中由于采用改進的抽出器，可以使功率損失更小，以及由于減少了需要的運動流體量，使系統(tǒng)特性范圍增大。
本發(fā)明的另一個好處是對現(xiàn)有設(shè)備通風和冷卻系統(tǒng)具有很小的影響(如果有的話)。相反，正如前面所介紹的，用傳統(tǒng)的沒有抽出器的疏水系統(tǒng)的預分離器對鄰近預分離器的地區(qū)的通風系統(tǒng)提出了額外要求。而在一些現(xiàn)有的設(shè)備的通風系統(tǒng)并不具有增加熱負荷的能力。
本發(fā)明再有的重要好處是減小了收集罐14′的出口預分離器疏水管142下游的尺寸。為了防止擴容，不設(shè)抽出器102，則要求其直徑為30-40Cm;設(shè)抽出器102，則管142的直徑可以減小到15cm。這使得整個預分離器系統(tǒng)，在設(shè)備和安裝方面的費用大大節(jié)省。
最后，發(fā)明的主題使預分離器除去水份的效率能在寬廣范圍中有效。例如，典型的現(xiàn)在用來作為疏水管路的30-40cm的疏水管，預分離器效率接近除去汽輪機總的排汽水份的35%。即使水份除去達到更高水平，抽出器系統(tǒng)也更容易被采用，以適應傳統(tǒng)疏水系統(tǒng)中這種改進。
在附圖中示出的示意圖是典型的情況，并不排除在預分離器疏水系統(tǒng)中采用一個抽出器的另一種結(jié)構(gòu)的可能性。有一些需要抽出器直接連接到預分離器疏水管路的情況，例如，轉(zhuǎn)葉彎頭-預分離器聯(lián)合體可安裝在地平面，它到收集罐的預分離器疏水管路是上行的。在這種結(jié)構(gòu)中，擴容是不可能避免的。排放問題使在設(shè)備運行和性能方面產(chǎn)生一種有害的作用。根據(jù)本發(fā)明，通過在收集罐的疏水管路上游裝設(shè)抽出器，可以消除這種型式的排放問題。
權(quán)利要求
1.一個汽輪機系統(tǒng)，為了防止排汽管(13、140)浸蝕，在汽輪機排汽口(12)和至少一個水份分離器疏水罐(20)之間采用一個水份預分離器疏水系統(tǒng)(10)，上述疏水系統(tǒng)(10)包括通到收集罐(14)的疏水管路(13)，收集罐(14)用于從汽輪機排汽口(12)的蒸汽中收集被除掉的預分離器疏水液體；收集罐(14)是在水份分離器疏水罐(20)的上游；上述系統(tǒng)包括離開收集罐(14)的預分離器疏水液體的防擴容裝置，其特征為設(shè)置在收集罐(14)和水份分離器疏水罐(20)之間的抽出器(102)，用于抽吸來自收集罐(14)的液體；連接到上述抽出器(102)的運動流體源(100)，上述運動流體比收集罐(14)中的液體溫度低、壓力高；第一管道裝置(13、140)，用于將液體從收集罐(14)輸送到上述抽出器(102)；第二管道裝置(140′)，用于將液體從上述抽出器(102)輸送到水份分離器疏水罐(20)；和控制裝置(130，132，150)，用于控制進入上述抽出器(102)的上述運動流體的流動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一個系統(tǒng)，其特征在于上述控制裝置包括連接在上述運動流體源(100)和上述抽出器(102)之間的流體控制閥(132);在收集罐(14)內(nèi)的傳感器裝置(150)，用于檢測收集罐(14)內(nèi)的液體的液位;和與上述傳感器裝置(150)連接并對其響應的裝置，用于對上述流體控制閥(132)進行控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的一個系統(tǒng)，其特征在于上述控制裝置進一步包括一個與上述流體控制閥(132)串聯(lián)布置的截流閥(130)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一個系統(tǒng)，其特征在于進一步包括噴霧裝置(148)，用于向收集罐(14)噴入的冷卻液體，對進入上述罐(14)的上述預分離器疏水液體進行預冷卻。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的一個系統(tǒng)，其特征在于上述第一管道裝置(140)向上伸進收集罐(14)內(nèi)，以使經(jīng)過上述第一管道裝置(140)離開收集罐(14)的液體從超過任何開口的標高引出，通過這些開口疏水管路(13)進入收集罐(14)，這樣就將預分離器疏出液體通過收集罐(14)的入口浸沒，避免蒸汽返回進疏水管路(13)。
全文摘要
禁止汽輪機系統(tǒng)中預分離器疏水液體擴容的裝置，它包括一臺抽出器型式的泵(102)，用于泵送從收集罐(14)和水分分離器疏水罐(20)之間的排汽分離出的液體。抽出器(102)實現(xiàn)泵送及冷卻液體的雙重功能，以提供在液溫及擴容點之間較大的差值。該裝置包括防止收集罐溢流和排空的控制裝置。
文檔編號F01K7/22GK1041637SQ89107650
公開日1990年4月25日 申請日期1989年10月5日 優(yōu)先權(quán)日1988年10月5日
發(fā)明者喬治·約瑟夫, 霍默·蓋伊·哈格羅夫 申請人:西屋電氣公司