浅谈减温减压器系统的设置及工艺计算
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇浅谈减温减压器系统的设置及工艺计算范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘 要：减温减压器是一种将一次（新）蒸汽压力P1、温度t1进行减温减压，使其二次蒸汽压力P2、温度t2达到生产工艺所需的要求。广泛用于热电厂、集中供热、食品工业、石化工业、纺织工业、橡胶工业、造纸和纸桨工业、烟草工业、制药等其它很多行业。在以供热为主的电厂中主要应用于锅炉过热器出口、汽轮机旁路、电厂内部各品质蒸汽管网之间的旁路系统等。以锅炉过热器出口为例，锅炉产生蒸汽经过热器出口到汽轮机做功，汽轮机对于进入的蒸汽参数有个范围要求，如果过热器出口的蒸汽参数超出汽轮机所要求的高限，就会对汽轮机造成损坏，所以必须用减温减压器将参数调整至适用范围以内。该文结合工程实践，着重阐述减温减压器系统的设置及工艺计算。
关键词：减温减压器 减温阀 安全阀 工艺计算
中图分类号：TK223 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（a）-0153-02
减温减压器主要由控制系统、减压装置、减温装置及安全排放装置组成，其主要的特点如下：（1）控制系统：控制系统采用高精度多功能数字控制器，具有强大的功能组件，有良好的人机界面和快速准确的PID控制回路，实现智能化无人值守、可灵活调整参数设定，并可根据用户要求进行功能扩展；（2）减压装置：蒸汽的减压过程是由减压阀及节流孔板的节流来实现的，其减压级数由新蒸汽减压后蒸汽压力之差来决定。减压阀的压力调节是通过执行器执行机构来完成，运行平稳，寿命长，根据二次蒸汽设定值要求，无论一次蒸汽压力如何波动，均能保持二次蒸汽压力稳定；（3）减温装置：用航空动力学技术专门设计的减温水雾化装置，采用流体自身动力降低设备功耗，减温水被雾化喷嘴粉碎成雾状水珠与一次蒸汽混和，吸收一次蒸汽显热并汽化，从而达到降低一次蒸汽温度的作用。（4）安全排放装置：减温减压器虽然结构及原理简单，但根据其应用的场合，决定了安全排放系统对于热力管网及设备的安全稳定运行至关重要，安全排放装置主要由蒸汽安全阀、排放消音器等设备组成。
我们以镇海炼化100万吨/年乙烯工程动力中心项目内的一台250t/h超高/高压减温减压器为例，着重讨论减温减压器系统的设置、选型及计算。镇海炼化100万吨/年乙烯工程动力中心项目中机炉配置为5×410t/h（超高压CFB锅炉）+4×50MW（双抽凝汽式汽轮发电机组），总装机容量200MW。主要蒸汽管网等级有：超高压蒸汽SHP：12.3MPa（G），535℃；高压蒸汽HS：4.6MPa（G），405℃；中压蒸汽MS：1.8MPa（G），305℃。
减温减压器设置主要有：2台250t/h超高/高压减温减压器，1台200t/h高/中压减温减压器，1台60t/h启动减温减压器。双抽冷凝式汽轮机一级工业可调抽汽（4.6MPa（G），405℃）正常工况抽汽量为70t/h，最大抽汽量120t/h；对于此等级的汽轮机旁路，我们设置了两台250t/h超高/高压减温减压器，动力中心正常运行工况下，两台减温减压器均处于关闭的热备状态，因为本项目设置4台50MW汽轮机，故对于正常的热负荷波动，运行上的调整可以做到很灵活，当一台汽轮机发生故障跳车情况下，减温减压器可不启动，其他三台汽轮机完全可变工况运行，不会影响到动力中心向外供热，当一台汽轮机停车检修，另一台汽轮机突然跳车的情况下，才需投用减温减压器，补充两台汽轮机的供热负荷。下面我们结合此工程就减温减压器系统的各装置的设置及计算进行系统的讨论。
250t/h超高/高压减温减压器参数：一次蒸汽：操作压力12.3MPa（G），操作温度535℃；二次蒸汽：操作压力4.6MPa（G），操作温度405℃；减温水：操作压力6.0MPa（G），操作温度158℃。
1 减压装置
减压装置现在通常是利用减压阀进行减压，应用于此装置的减压阀一般有角式和直通型两种，就此减温减压器而言，因为阀门两端压差较大，达到7.7MPa，选择角式减压阀不但有利于压力的调节，更有利于减温水的汽化过程，这点我们将在下面介绍。
2 减温装置
减温装置通常的形式主要有一体式减温阀，分体式减温阀两种；一体式的减温阀所具有的优点在于检修与安装都十分方便，但由于此种减温阀的喷嘴与套筒部分筒体都处于被减温的高温蒸汽之中，而被减温蒸汽的温度又远高于减温水的饱和温度，通过套筒筒体的传热，部分减温水已经在筒体内部汽化，由于一般减温水都有着很高的压力，产生的气泡被压缩到很小，但随着减温水经喷嘴喷注到蒸汽管道中后，蒸汽的压力小于减温水的压力，小气泡在极短的时间内在喷嘴出口处扩容，释放的能量较大，长期运行的结果是减温阀的喷嘴部分磨损很严重，影响减温水的雾化效果。分体式减温阀是由减温水调节阀外加一个插入被减温管道的喷嘴共同组成。（见图1）
本项目采用的减温装置是由一个单独设置在减温减压器外部的减温水调节阀与设置在减温减压器本体尾部的环状减温水喷嘴组成，一次蒸汽水平进，二次蒸汽下出。（见图2）
其优点是有效的控制了减温水在喷嘴内部的汽化，多喷嘴在减温段喷射，保证减温水与一次蒸汽的充分混合，再结合角式减压装置，即使在蒸汽流速较低的情况下，减温水在与一次蒸汽混合后向下流动，也可有效的控制低温的减温水汽化之前由于重力的因素与高温的管道内壁接触而产生管道材料的淬脆现象。
上面两图中，水平设置的减温管道在蒸汽流速较低或者喷嘴雾化效果不佳的情况下极易产生金属淬脆现象，长期将影响管道的安全运行。竖直设置的减温管道减温水小液滴随二次蒸汽向下流动，可有效的避免未汽化的液滴与高温金属内壁的接触，从而减小发生金属淬脆现象的产生。
接下来根据下式：
G2=G3（H1- H3）/（ H1- H2）
G2―减温水流量；H2―减温水焓；H1 ―一次蒸汽焓；H3―二次蒸汽焓；G3―二次蒸汽流量。
根据250t/h的4.6MPa（G）、405℃二次蒸汽量，计算得到减温水量为：20.2t/h；而后供货商根据本设备所选喷嘴特性及雾化程度提供雾化后的减温水所需汽化时间，根据二次蒸汽流速计算得到减温混合段长度，对减温减压器后二次蒸汽管道进行设置。
3 安全排放装置的选型和计算步骤主要有下面几点
（1）减温减压器的安全阀其排放介质为过热蒸汽，我们一般应选取全启式安全阀。
（2）根据被保护管道的设计压力确定安全阀的整定压力。
高压蒸汽管道设计压力：5.2MPa（a）
安全阀整定压力：Ps=5.2MPa（a）
积聚压力Pa=0.03Ps=0.156 MPa（a）
最高泄放压力：Pm=Ps+Pa=5.2+
0.156=5.356 MPa（a）
（3）确定安全阀泄放量。
因为减温减压器本身是由压力调节阀与温度调节阀组成，故其安全泄放量应定性的确定为控制阀故障及减温减压器后系统阀门误关闭两种情况。
①减温减压器后系统阀门误关闭工况时，其安全阀泄放量应为被关闭管道的正常最大流量；
②控制阀故障工况时，其安全阀泄放量应根据下式确定。
W―安全阀泄放质量流量，kg/h；Cv1―控制阀的Cv值；Cv2―控制阀最小流量下的Cv值；Ph―高压侧工作压力，MPa；Gg ―汽相密度，kg/m3；T―泄放温度，K。
但在热电厂内的减温减压器作为汽轮机旁路时，其控制方式与一般过程控制调节方式的不同之处在于其大多数情况不是持续的过程控制，而是作为事故工况下，比如抽凝式汽轮机跳车时，作为补充工业可调抽汽因抽凝机组跳车所损失的抽汽量的手段，故我认为一般此类型减温减压器计算安全泄放量时可考虑将减温减压器二次蒸汽的最大流量作为其安全泄放量。
根据以上两种工况，我们选定安全阀的泄放量为250t/h（二次蒸汽全量放空），但由于一般与界外整个化工装置区域的管网相比，动力中心内部管网总的容积并不大，这里考虑并联两台125t/h排量的安全阀，且设置不同的整定压力，使其在管道超压时可依次起跳，以尽可能减小安全阀起跳对管网压力的影响。
（4）根据泄放量计算安全阀的最小泄放面积。
根据美国石油学会标准API RP-520中的规定首先应判断是否为临界流动
Pb ―安全阀背压，MPa；Pcf― 临界流动压力，MPa；P― 泄放压力，MPa；k―绝热指数。
因安全阀后为接消音器排大气，故根据安全阀泄放压力计算属临界流动。气体或蒸汽在临界流动条件下的最小泄放面积：
a=
a―最小泄放面积，mm2；W―质量泄放流量，kg/h；C0―流量系数，对于全启式安全阀取C0=0.67；X―气体特性系数，取349.4；P―泄放压力，MPa；Kb―背压修正系数，弹簧式安全阀取Kb=1.0；T―泄放温度，K；Z―气体压缩因子；M―分子量，水蒸汽为18。
根据125t/h的泄放量，计算可得最小泄放面积为：a=7682.01mm2，故，安全阀喉径为：d=98.90mm，根据计算出的喉径，初步选取国标安全阀，型号为：DN150 A48Y-64I，完成安全阀采购数据表。至此，关于减温减压器系统各装置的设置及选型计算完成。
综上所述，我们在镇海炼化100万吨/年乙烯工程动力中心内所选择的减温减压器为水平进下出的一体式减温减压器，减温水调节阀至于减温减压器外部，一次蒸汽：操作压力12.3MPa（G），操作温度535℃，流量：229.8t/h；二次蒸汽操作压力4.6MPa（G），操作温度405℃，流量：250t/h；减温水：操作压6.0MPa（G），操作温度158℃，流量：20.2t/h；减温减压器安全排放装置选择两台125t/h的安全阀，整定压力分别为：Ps=5.2MPa（a）和Ps=5.1MPa（a），初部选取型号为：DN150 A48Y-64I。
参考文献
[1]张德姜，王怀义，刘绍叶.石油化工装置工艺管道安装设计手册：第一篇设计与计算[M].北京：中国石化出版社，2004.
[2]T/ES220024中国石化集团宁波工程有限公司工艺系统室24项技术标准（内部资料）汇编 安全阀的设置和选用[S].