蒸汽管道系统压力损失计算

蒸汽管道系统压力损失计算

梁丰盈陆东海

（中机国能电力工程有限公司邯郸分公司机械部河北邯郸056000）

摘要：以某电厂主蒸汽管道系统为例，采用介质比容变化不大的方法计算主蒸汽管道系统压力损失，根据实际计算压降参考评估设计压降，探讨介质比容变化不大的蒸汽管道系统压力损失计算流程、计算难点。旨在总结、梳理介质比容变化不大蒸汽管道压力损失计算的一般方法，对后续蒸汽管道设计起指导作用。

关键词：介质比容；压力损失；蒸汽管道；计算方法

0引言

压力损失是管路系统设计和运行的一个重要参数。准确的压力损失计算对于管径选择、输送设备选型等是必不可少的，可有效地节约管道系统材料及运行的成本并保证设计的可靠性。蒸汽在管内流动时，由于压力变化，其比容也随之变化，使其压力损失计算比较复杂，按《火力发电厂设计技术规程》DL5000~2000，8.1.2“大容量机组锅炉过热器出口至汽轮机进口压降，宜为汽轮机额定进汽压力的5%”，这一常规在国内作为确定机炉蒸汽初参数匹配的指导准则，通常也是工程设计中用来控制主蒸汽管道允许压降的主要依据，但从实践情况来看，大多数火电厂的机炉压降与额定值或设计值之间差距明显，本文旨在探讨总结介质比容变化不大的蒸汽管道系统压力损失计算方法，对蒸汽管道系统压力损失有更深层次的理解，并为后续的蒸汽管道设计提供一定的理论依据。

1蒸汽管道压力损失定义、分类

定义：蒸汽管道压力损失计算就是按照给定的管道布置、管径、介质流量及其参数进行蒸汽管道始终端的压差计算，或确定蒸汽管道任一截面上的介质状态及蒸汽管道的通流能力。

分类：1）介质比容变化不大：管道终端与始端介质比容比不大于1.6或压降不大于初压40%的蒸汽管道压力损失。

2）介质比容变化大：蒸汽管道终端和始端的介质比容比大于1.6或压降大于初压40%的蒸汽管道。

2蒸汽管道压力损失计算

图1：某厂主蒸汽管道分段计算示意图

3）计算过程

由图1，记A点为2#过热器出口，E、F为2#汽机进口，依次计算B、C、D、E、F点处蒸汽压力，从而计算整个蒸汽管道系统的压力损失。

CD段计算方法与AB、BC段完全相同，带入管道参数，套用AB、BC段的计算公式即可。DE、DF段由于涉及管路流量分配，下节详细讨论。

表1：AB段蒸汽管道压力损失计算结果

4）DE、DF段流量分配理论

由于DE、DF段管径不同，因此需按照式（2-8）把DE段的阻力系数折算到计算管径DF下的阻力系数后，方可按式（2-7）计算DE、DF段的流量。

而在式（2-7）中，为了计算DE、DF段的流量，需计算DE、DF段总阻力系数，而总阻力系数计算中涉及到一个侧向分流三通，侧向分流三通阻力系数的计算需知道通过它的总流和分流的流量方可进行，此时出现了矛盾。

为了解决上述矛盾，根据管径、介质比容、蒸汽管道参考流速，假设通过DE段的流量，然后根据总流和分流流量求出D点侧向分流三通的阻力系数，进而求出DE、DF段的总阻力系数，根据把DE段的总阻力系数折算到计算管径DF下的总阻力系数，最后按照重新分配DE、DF段的流量，与之前的假定值进行误差计算，反复迭代至误差在0.05%后，以最终的分配值进行DE、DF段管道压力损失计算，其管道压力损失计算与AB、BC段计算方法完全一致，代入管道基本参数，套用AB、BC段的计算公式即可，表3为详细的流量分配计算过程。

表3：DE、DF段流量分配计算过程

3计算结果

采用介质比容变化不大的计算方法，根据质量流速不同对蒸汽管道系统进行分段，考虑分段处局部动压力的影响，对特殊的并联管路处假定迭代求解其流量分配，进而依次逐段求解蒸汽管道系统的压力损失，计算结果见表4。

从最终的结果可以看出：不管是PE段还是PF段，实际计算压降均小于理论设计压降，这说明本工程管道系统走向设计满足设计要求；同时，实际计算压降与理论设计压降又存在这一定的误差，这是由于计算过程中有边界假定、阻力系数近似计算、流量分配的迭代等因素造成的，其计算结果与理论设计值必然会存在误差，但误差在允许范围内，也说明了理论计算对实际设计具有一定的指导作用。

对于给定压降的蒸汽管道系统，进行压力损失计算，可以衡量管道系统走向设计的合理性。

表4：计算结果

4结论

（1）本文参考《火力发电厂汽水管道设计技术规定DL/T5054—1996》计算了某电厂蒸汽管道系统压力损失，总结、梳理了介质比容变化不大的蒸汽管道系统压力损失计算流程，对计算过程中的重难点内容进行了详细的分析阐述。

（2）对于给定压降及走向的蒸汽管道系统，进行压力损失计算，通过比较实际压降与理论设计压降，可以衡量管道系统走向设计的合理性。

（3）对于蒸汽管道系统压力损失计算，由于计算过程中有边界假定、阻力系数近似计算、流量分配的迭代等因素，其计算结果与理论设计值必然会存在差异，但误差在允许范围内，也说明了理论计算对实际设计具有一定的指导作用。本文的目的旨在给实际的设计提供一个理论参考依据。

参考文献

[1]电力工业部东北电力设计院.火力发电厂汽水管道设计技术规定[S].北京，中国电力出版社，1996.10-01.

[2]中国电力建设工程咨询公司.火力发电厂设计技术规程[S].北京，中国电力出版社，2000.

[3]吴枫，李玉洁，许燕萍，等.汽水管道压力损失计算方法初步探讨[J].工业科技，2016，45(8):28-30.

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