火电厂循环水系统的水锤危害及水锤防护措施

科技信息O科教视野OSCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION2007年第32期火电厂循环水系统的水锤危害及水锤防护措施梁兴'郭威2(1.南昌工程学院江西南昌330099;2.河 南工业职业技术学院河南南阳473000){摘要]火电厂循环水系统的在发生突然事故停乘,将引发水锤现象,对系统的安全经济运行产生极大的破坏,本文通过分析水锤发生时的水动力特性,得出有效的水锤防护措施:采用合理的阀门关闭规律等。[关键词]电厂;防护;水锤Water Hammer Analysts of Clrculating Water System in Thermal Power Plant and Oerating ProtectionLiang xing Guo Wei[Abstract]The power failure may result water hanmer,which have eritical inluence on the safe operation of circulating water sytem in themalpower plantIn this paperit analyses the water dynamic characters ,it fingers that an vesel can eficiently protet the pipeline avoiding damage causedby water hammer.[key words]thernal power plant; protection; water hammer0.前言取长度为8x的水体控制体来研究管遭中非恒定流的运动方程，-般火电厂循环水系统由循环水泵、阀门、输水管逍、凝汽器和冷在这里我们假定运 动为-元流动。作用在控制体上的力主要有:作用却塔等组成。该系统中的阀门功能不一.输水管道布置复杂.且有局部在横截面上的表面正压力PA和PA+ alPA)8x、侧面的切应力To以及“凸点”存在,同时系统流量大,扬程低.管遒內水流动状态复杂多变,因此,循环水系统的正常运行对全厂的安全经济运行至关重要。大量重力分量 γyA8xsin。根据动量定律:作用在控制体上的力的总和应当等的事故调查表明，,水锤现象是破坏循环水系统管道并使其不能正常运于水体质量乘以加速度,即行的主要原因之一。科学的分析循环水系统中水锤的发生与发展,并pA-{pA+ OOPA 8x} rorDB8x+yAsin08x=pA$V 8x(3预测它可能产生的破坏作用,及时采取合理的防护措施和完善的运行假设切应力To与恒定流相同,根据Darey-Weisbach公式有规程,避免或者减少，水锤所带来的损失,对保证循环水系统安全运行，式中:f一管道沿程阻力系数。提高全厂的经济效益.制定科学的运行规程都用重要的意义。对循环水系统.可用以任意基准面算起的水力坡度线高度(水头)1.水锤的危害在电厂循环水系统中,泵的开启.突然的事故停泵以及阀门的开、H来代替该点的压力p,以此上式也可以写成:闭等,都会引起不同程度的水锤现象。一般,突然的事故停泵引发的水盟+Y8V+1 a+fV⊥_=0(4锤具有最大的破坏性。突然的事故停泵,将使循环水系统失去驱动力，2.3连续性方程在泵的出水口产生负压波向整个系统扩散,波后的水体已经停止或者对所取的控制体.根据质量守恒定律,有如下的连续性方程:在重力作用下发生倒流.波前的水体在惯性作用下继续前进,这相当2(pA) + d(0AV)_0(5于水体受到拉力的作用.在管道的局部“凸点",水体可能在拉力(低压)下汽化导致水柱分离,当这种水柱分离重新弥合时,它所产生的撞对上式展开,并用水头来代替该点的压力,整理可得更实用的连击水锤将引发异常的压力升高,对循环水系统产生巨大的破坏作用。续性方程:2.循环水系统水锤的理论分析叫+v+ 0+Vsin0=0(62.1水锤波传播速度的计算俄国学者儒可夫斯基1898年提出了水锤理论中的经典公式:根据上面的运动方程和连续性方程.就可分析循环水系统发生水OH=*sAY(1)锺时的流动情况以及管道内压力变化情况。循环水系统的流速-般为1-3m/e，则可根据公式(1)求出简单的关阀水锤压力最大增加值为式中:OH一压力最大开高值;a- -水锤 波传播速度;OV_1Mpa,因此,水锤对系统的安全性存在更大的或胁。流速的变化量:g-重 力加速度。3.循环水系统水锤防护措施上式表示了阀门突然关闭或开启时水压与流速变化的关系式。公水锤现象及其危害,是在特定的条件下产生的,因此,在具体选择式左边取负好,表示水压随流速的减小面升高公式左边取正号，表示水锺防护措施之前，宏观的了解并 拿握"可能产生水锤危害的技术条水压随流速的增加而降低。当OV取值为管道稳态的流速值时,利用件" ,以及判断该水锤的严重程度,是十分重要的。下表为日本学者提上式可以计算管路中水锤的最大压力升高值。当然在此之前首先应该出 的可能产生水锤危害的技术条件的一份资料， 他们认为,凡是与下确定水锤波波速a的值。薄壁的金属圆管,水锤波波速的计算公式如表所列各技术 条件中的任何一项均不符合的情况下,可以不进行水锤下危害的分析"。表1可能产生水锤危害的技术条件总扬程静扬程I 输水管线长度输水管中流連关阀历时式中:K-水的体积弹性模数:ρ- 水的密度;D- 管道内 在 30m以上在20m以上大于500m 大于2-25m/s T小于 30%径;E一管道杨氏弹性模量;e- 管壁的厚度。对200MW机组,若它所采用的循环水系统.管道直径D=750mm,由表1,可知对电厂循环水系统,必须进行水锤分析,采用合理的.其材料的杨氏弹性模量E=2.07x10"N/m',管道壁厚e=6.35mm,水的体水锤防护措施。 在电厂循环水系统中,水泵的出口一般都设置由缓闭积弹性模敷K=2.2x10N/mm',在水温为30%C时，水的密度为p=止回 阀和用止回阀。工程实践表995.7kg/m2 ,则该系统的水锤波传播速度为:明,循环中国煤化工殿发生在楼代器出2.2x10 /95.7=989.8m/s口，而凝H<口与凝汽器水平距离和高差、CN M H单机容盘的不同，循环1+- 22x10 10.75水系统的流速也由一些差异,同时凝汽器到冷却塔之间的距离和高度2.07x10 x0.00635差也不一样,但是它们都为固定值，因此,可行的手段(下转第118页)2.2运动方程71科技信息O建筑与工程OSCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION2007年第32期表3钢绞线编号分L(m)θ(nad)KX+μe e (KX+μ0) Pq(KN)Pr(KN)Pp(KN)OL(mm)]总伸长量()ab9.4370.0141555 0.985944195.3192.55 .193.936.47N113614011344640.0487826.952388192.55183.38188.229.0633.24xd1.68400.002526 0.99747718292 .183.151.090.0125475| 0.987531192.86194.085.7412be11.3450.11344640.045379 0.95635184.30 _188.5875733.25.0600.00759184.3018291183.613.296.7190.0100785 0.989972193.34194.324.62N38.3780.1047200.0387470.961994186.93190.635.65ed9.6480.014472 0.985632184.24185.596.33山bo0.005907 099414194.15194.732.71e6.2830.03560450.965022187.36190.764.232.964.5440.0218160.978420183.32185.349.式计算出伸长量，均采用计算-半钢绞线的伸长值然后乘以二的方5.结柬语法,见表3:理论伸长值计算中，钢绞线N4.NS、N6采取的是两端张拉.所以4.张拉时钢绞线实际伸长量的测方法在进行伸长量计算时是计算-半钢绞线的伸长值然后乘以二的方法;钢绞线实际伸长量的测量方法有多种多样,目前使用较多的是直横隔梁钢绞线 NI .N2是单端张拉则要进行全长计算;面对于非对称接酬量张拉端千斤顶活塞伸出量的方法.笔者认为这样的测量方法存结构 .在计算钢绞线的伸长值时,计算原则是从两侧向中间分段计算，在一定的误差,这是因为工具错端夹片张拉前经张拉操作人员用钢管至跨中某 -点时钢绞线的受力基本相等即可，面不是简单的分中计蔽紧后,在张拉到10%ok时因钢绞线受力,夹片会向内滑动,张拉到算20%ok时,夹片又会继续向内滑动,这样通过测量千斤顶的伸长量而钢绞线的分段原则是将整根钢绞线根据设计线形分成曲线连续得到的10%~-20%ok的伸长量比钢绞线的实际伸长值长1-2mm,若以段及 直线连续段.而不能将直线段及曲线段分在同- -段内。10%-20%ok的伸长量作为0%-10%ok的伸长量，那么在0%-20%ok预应力筋的伸长量计算方法有多种,常用的平均力法及简化计算法的张拉控制段内.钢绞线的伸长量就有2-3mm的误差。在很多工程施工中也能够满足精度要求,通过测量千斤顶活塞伸出量再进从20%ok张拉到100%ok时，钢绞线的夹片又有2-3mm的滑行换算的方法也可以用 于实际施工中,这里仅是将现行规范中精确计算法动,按最小值滑动量计算单端钢绞线的伸长量就有3- 4mm的误差,两 及施工中误差较小的-种测量方法作了简单的介绍,希望能起到抛砖引玉侧同时张拉时共计有约6-8m的误差(误差值的大小取决于工具错的作用。由于水平有限,不足之处,尚请批评指正。科值的允许的偏差值。因此用测量千斤活塞的方法-般测出来的值都是[参考文献]偏大的。因此,对于钢束实际伸长值的测量建议采用量测钢绞线绝对[1]公路施工手册-桥酒(下册),交通部第 -公路总公司北京:人民交通出版社,伸长值的方法.而不使用盐测千斤顶活塞伸出量的方法,后者测得的202122伸长值须考虑工具锚处钢柬回缩及夹片精移等影响.尤其是在钢绞线[2]中华人民共和国行业标准:公路桥牺施工技术规范(TI041 200北京:人较长必须进行分级张拉时，更为繁琐，若直接通过测量千顶话塞的伸民交通:出200.19.39.9出量,则误差累计更大。推存的测量方法如图二所示.使用一个标尺固作者简介:霍红星,男,出生于1976年7月15日,1995年毕亚于河南省交定在钢绞线上.不论经过几个行程，均以此来量测分级钢绞线的长度,通学校。工作经历:95年7月拳加工作19892002.12分制在:云南省中铁十累计的结果就是初应力与终应力之间的实测伸长值。五局二公司瑞章公路项目部、禅撒公路项目部任试验宝主任:2003.2- -2004.3在河南济源市公路工程公司任试验宣主任:2004.4至今在济源市济晋高公路公司任工程部部长。[责任编辑:时明巧]團2(上接第71页)时调整水泵出口电动蝶阀的关闭规律,来臧小凝汽器胁到整个电厂 的安全经济运行。因此,对循环水系统的设计和运行时，出口的负压,具体的调整方法可以通过计算比较获得。要充分考虑到水锺的破坏作用.采取合理的措施减小水锤的危害。和国内的一 些学者认为，随者凝汽器到冷却塔之间管长的增长,凝:汽器出口的负压也随着增大,而提高冷却塔出水口的高度，则可以减小凝汽器出口的负压,甚至消除负压。对电厂循环水系统的设计者来[1]金谁等著停聚水k锤及其防护.中国建筑工业出版204.00 -302.说，在保证循环水系统正常工作的情况下,应减小凝汽器到冷却塔之[2]剪]间的管长和高差。中国煤化工:中国水利水电出版社1994.结论对电厂的循环水系统来说,无论是正常的流量调节还是突然的事开究方向:流体机械。0HCN M H G城与动力工程系教师,确士。故停泵都有会引起流量的变化,进而导致水锤的发生。如果压力的交替变化是异常急骤的，则可能对整个循环水系统产生极大的破坏,威[责任编辑:韩铭]- 118.