第30卷第15期企業(yè)技術(shù)開發(fā)2011年8月Vol.30_ No.15TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISEAug.2011珠海發(fā)電廠循環(huán)水供水系統(tǒng)水力瞬變的控制楊揚(yáng)(廣東省電力設(shè)計(jì)研究院,廣東廣州510000)摘要:文章根據(jù)珠海發(fā)電廠 循環(huán)水供水系統(tǒng)工程布置的特點(diǎn).研究了事故斷電條件下水力瞬變引起的液柱分離現(xiàn)象及其防止措施,提出了求解空氣閥瞬變過(guò)程的新模型。計(jì)算研究表明,可以采用沿線布置空氣閥防止瞬變液柱分離破壞。分析了現(xiàn)行凝汽器數(shù)學(xué)模型與水柱分離及再?gòu)浐吓袛鄺l件存在安全裕度較大等問(wèn)題。關(guān)鍵詞;供水系統(tǒng);液柱分離;水力瞬變;水錘;空氣閥;調(diào)壓井中圖分類號(hào):TV134文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006- 8937(2011)15 0011-04Control of hydraulic transient of the circulating water supply systemin Zhuhai power stationYANG Yang(Cuangdong Electric Power Design Instute ,Guangzhou ,Guangdong 50000,China)Abstract:According to the characteristics of the project layout of the circulating water supply system in Zhuhai Power Station,this pa-per analyzes the liquid- column separation phenomenon caused by hydraulic transient under the condistion of power off and it's preventivemeasures , puts forward the new model to solve the transient process of air valve.Calculation and study shows that air valve can be arrangedalong the line to prevent the separation and damage of transient liquid-colum.This paper also analyzes the problem of larger safety mar-gin of judging condition of the current condenser mathematical model separating from water column and re - bridge with itKeywords: water supply system; liquid-column separation;hydraulic lransient; water hammer; air valve ;surge tank珠海發(fā)電廠位于珠海市金灣區(qū)南水鎮(zhèn)南水半島西由于凝汽器與循環(huán)水泵安裝高程相差較大,且壓力南端,廠址靠山面海。電廠規(guī)劃總裝機(jī)容量為2x660 MW+管線較長(zhǎng),系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)凝汽器處壓力很低,因此4x600 Mw,分兩期建設(shè)。一期工程計(jì)劃建設(shè)660 MW、在 各種瞬態(tài)過(guò)程中可能發(fā)生水錘破壞及系統(tǒng)供水中斷等600 MW燃煤機(jī)組各兩臺(tái),其中1#、2#兩臺(tái)660 MW機(jī)組事故。為確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的水錘計(jì)已投產(chǎn)發(fā)電，本次二期工程擬安裝600 MW國(guó)產(chǎn)超臨界算與過(guò)程分析,并選擇合適的防護(hù)措施是十分必要的。燃煤發(fā)電機(jī)組兩臺(tái)。電廠本次工程循環(huán)水采用單元制直流循環(huán)冷卻供1水力瞬變的控制方法和措施水系統(tǒng),水源取自黃茅海,水質(zhì)為海水。每臺(tái)機(jī)組配2臺(tái)泵系統(tǒng)水力過(guò)渡過(guò)程，即通常所說(shuō)的泵站水錘,是立式循環(huán)水泵.并聯(lián)運(yùn)行時(shí)每泵流量10.5 m2/s,揚(yáng)程17.0由于泵系統(tǒng)內(nèi)流速的急劇變化引起管中壓力急劇變化m;單泵運(yùn)行時(shí)每泵流量12.4m2/s, 揚(yáng)程10.0 m。循環(huán)水的- -種水力過(guò)渡現(xiàn)象。過(guò)高的壓力上升往往會(huì)導(dǎo)致管路泵房至汽機(jī)房為2臺(tái)泵合為1根內(nèi)徑為3 450 mm的鋼破壞或泵系統(tǒng)中設(shè)備的破壞,嚴(yán)重的可能會(huì)危及泵站建筋砼管，汽機(jī)房至虹吸井采用2根DN2200的鋼管合為筑物的安全。1根內(nèi)徑為3450mm的鋼筋砼管,從虹吸井至循環(huán)水排對(duì)于泵站水系統(tǒng)液體汽化引起的液柱分離現(xiàn)象,可水口采用BxH=3.7 mx3.7 m的鋼筋混凝土自流溝。循環(huán)以采取以下幾種工程措施防止:①設(shè)置空氣閥;②設(shè)置水系統(tǒng)供水流程為:取水港池- -進(jìn)水前池- -循環(huán)水泵單向調(diào)壓塔;③設(shè)置空氣罐;④設(shè)置雙向調(diào)壓塔;⑤增大房-壓力供水管-凝汽器- -虹吸井-排水口一排水明電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GD。渠一黃茅海,管道長(zhǎng)約980 m。管線縱剖面圖如圖1所示。在水泵斷電條件下,導(dǎo)致管道內(nèi)水壓降低到蒸汽壓力的主要原因是機(jī)組轉(zhuǎn)速下降過(guò)快,而轉(zhuǎn)速變化的速率主要取決于機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,因而增大機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以減小水泵在斷電后轉(zhuǎn)速下降的速率，今降低管道內(nèi)水壓下降的幅值,從而達(dá)到防止液體汽化的目的。-般說(shuō)來(lái)設(shè)置空氣閥投資較少,而設(shè)置調(diào)壓塔、空?qǐng)D13# 機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)管線縱剖面圈氣罐和增大電中國(guó)煤化工資成本。在珠海電廠循環(huán)水YHCNMHG控制措施只能收稿日期:2011-04-29作者簡(jiǎn)介:楊揚(yáng)( 1979- -), 男,河北石家莊人,碩士研究生,工程師,現(xiàn)是空氣閥。.主要從事電力工程設(shè)計(jì)工作。12企業(yè)技術(shù)開發(fā)2011年8月，2數(shù)學(xué)模型imn=Cw;V7papd (p/p)()叮,0.53po≤p≤po(4)2.1特征線法mn=Cw,0.686 .r Po,p<0.53po(5)VRT。描述管道非穩(wěn)定流基本方程為運(yùn)動(dòng)方程和連續(xù)性，空氣流出:方程組成的非線性偏微分方程組即:.in=Coo(V(7T/T((/p)-(p)叮,po≤p≤pdL=gax+vax+a++2D0.53(6(1)L,=vH+H+a2 aV_=0m=-Cqw0.686p/ VRT p>p/0.53(7)式(4)和(5)分別為空氣為亞音速流入和以臨界速式中,H為從基準(zhǔn)線算起的測(cè)壓管水頭,m;V為斷度流人的情況，式(6)和(7)分別為空氣為亞音速流出和面平均流速,m/s;A為管路斷面面積,m';g為重力加速以臨界速度流出的情況。式中, po為管外大氣絕對(duì)壓力;m度,m/s?;x為距離,m;t為時(shí)間,s;f為沿程阻力系數(shù);D為為空氣的流進(jìn)、流出的質(zhì)量流量;C,Co分別為空氣流入和管路直徑,m;a為水擊波速,m/s。流出閥時(shí)的流量系數(shù);w,wo為分別為排氣閥的開啟面采用特征線法,把一根長(zhǎng)L的管道分成n段,每一積;po為大氣密度,p=p/RT,R為氣體常數(shù);p為管內(nèi)壓力。段長(zhǎng)度為Ax=U/t, 取時(shí)間步長(zhǎng)At=Ax/a, 可以繪出如圖2根據(jù)前述假定,管內(nèi)的空氣滿足如下氣體定律:所示的x~t平面上的特征線網(wǎng)格.圖中C為正向特征線,p V =mRT(8)C為負(fù)特征線。由質(zhì)量守恒定律，可將式(8)表示為:p[ V ;+0.50t(Q:+Qn-Qn-Qm) ]=[ mo+0.5At( mo+mn)]20tRT(9)A式中，V;為At時(shí)段初的氣體體積;mo為Ot開始時(shí)空氣的質(zhì)量。*/\C與之相連的管道相容性方程為:業(yè)B。C:Hp=C,-BQwC::H;=C.+BQ。(10)圍2 x~t 特征線網(wǎng)格方程組(1)的差分形式為:H,與p之間的關(guān)系為: .p=pg(H,-Z+H)(11)C* Hp=Cp-BQRC H:=Crt BnQe(2)式中,H為氣壓計(jì)的壓力頭;Z為排氣閥的高程。聯(lián)立求解得:式(4)~(11)即為進(jìn)排氣閥的邊界條件方程,其中包含有m .Q元.Qm.Hp.p 5個(gè)未知量.可聯(lián)立求解。p=Cp-Cx(3). QR-BptBw將式( 10)和(11 )代人式(9)可得:2.2 空氣閥數(shù)學(xué)模型pl V.+0.51[Q_-Qm .Cm+Cp+管(-(P+Z-H)]{=[mo+珠海電廠循環(huán)水供水系統(tǒng)的邊界條件由進(jìn)水前池.水泵機(jī)組、閥門、空氣閥、凝汽器.出水池等組成。對(duì)于進(jìn)0.5At( momi) ]RT(12)水前池、水泵機(jī)組、閥門、出水池等邊界條件,其算法比這就是出現(xiàn)空穴時(shí)刻t要解的方程。在方程中除p較成熟，下面介紹一種新的求解空氣閥邊界條件的空氣是未知量外,其余參數(shù)都是已知量。不過(guò),由于氣體質(zhì)量模型。流量m的導(dǎo)數(shù)din/dp不是連續(xù)函數(shù)，從上式中求解p不空氣閥(真空破壞閥)的作用是:在水泵啟動(dòng)過(guò)程太容易。目前國(guó)內(nèi)外普遍采用Wylie 和Streeter提出的方中,當(dāng)空氣閥底部氣壓超過(guò)大氣壓時(shí),允許空氣逐漸流法求解,這種方法的不足就是計(jì)算程序復(fù)雜,且收斂性出;在水泵加壓輸水工況事故停機(jī),管道水壓小于大氣較差。 下面提出一-種新的求解方法。壓時(shí),空氣閥打開讓空氣進(jìn)人，避免液體汽化,減小真空將式( 12)改寫成以下形式:度。一般情況下這種閥門不允許液體流人空氣。F=p(Cp+C)-C-m=0(13)為了方便地模擬進(jìn)排氣閥對(duì)水錘的影響,假定氣體式中:C=t(e+B);等熵地流人流出進(jìn)排氣閥,溫度接近于液體溫度且遵守等溫定律。假設(shè)空氣通過(guò)進(jìn)排氣閥時(shí)的質(zhì)量流量與管外1大氣的絕對(duì)壓力Po、絕對(duì)溫度To及管內(nèi)的絕對(duì)壓力P和.CF 0OSAIRT中國(guó)煤化工溫度T有關(guān)?？諝獾牧鲃?dòng)速度為亞音速和臨界音速兩種情況。c;= mo+0SAtin:TYHCNM HG05Qt空氣流人: .由于麗數(shù)F中只有壓強(qiáng)p是未知量,由牛頓一雷伏第30卷第15期楊揚(yáng):珠海發(fā)電 循環(huán)水供水系統(tǒng)水力瞬變的控制13生方法,將式(13 )近似為:F+F,Ap=0,即Ap=- F/Fpo增設(shè)新的水錘防護(hù)措施,對(duì)節(jié)省工程投資、保障系統(tǒng)安式中,E=2Cip+Cr-D物,p=p/po.1 di全運(yùn)行具有十分重要的意義。本研究擬從液柱分離及再?gòu)浐吓袛鄺l件和凝汽器處理方法兩方面進(jìn)行分析。由于當(dāng)空氣以臨界流速流人或流出時(shí),lim dm -→∞,3.1水柱分 離及再?gòu)浐吓袛鄺l件lpr所以直接用解析求導(dǎo)的方法確定dm不成立。為了避免3.1.1現(xiàn)行判斷標(biāo)準(zhǔn)液柱分離及冉彌合是導(dǎo)致輸水系統(tǒng)水錘升壓過(guò)高dpr這一現(xiàn)象,下面采用中心差分來(lái)代替微分即取:的主要原因。液柱分離一般發(fā)生在輸水管道中壓力低于di_ m(p,+8)-m(p.-8)水的汽化壓力處,例如,當(dāng)系統(tǒng)輸送20C水體(此時(shí)水的28汽化壓力為0.24m)時(shí)，如管道中某處絕對(duì)壓力下降到式中,δ8為p,的微小增量,可取δ=10*~10~°。0.24 m或真空度上升至10.096 m( 10.336 -0.24=10.096),求解時(shí)刻t水壓p的計(jì)算步驟如下:①計(jì)算系數(shù)C、則該處水體將發(fā)生汽化形成汽泡，隨著汽泡體積的增C2、C;②取壓力的初始值p=po(時(shí)刻t=to的值);③由式加,水體將被阻斷,從而產(chǎn)生水柱分離現(xiàn)象,當(dāng)汽泡處壓(14)計(jì)算dm ,并算出F、Fp.Op;④判斷l(xiāng)Opl≤10*是否力上升到0.24m以上時(shí),汽泡又重新凝結(jié)成水,使被阻成立,如果成立,則p是式(13)的解,轉(zhuǎn)下一步;否則判斷的水體又連接起來(lái),即為再?gòu)浐?。因此從理論上?lái)說(shuō)，液柱分離及再?gòu)浐系呐袛鄻?biāo)準(zhǔn)為:當(dāng)管道中某處絕對(duì)壓斷l(xiāng)Op.=≤e是否成立 ,若條件成立 ,則用 p+Op代力低于水體的汽化壓力時(shí),該處發(fā)生液柱分離,當(dāng)液柱替式0p--F/Fp和式( 14)中的p,若條件不成立,則用p+ .分離處壓力上升超過(guò)水的汽化壓力時(shí)，即發(fā)生再?gòu)浐?。epoAp/l4pl代替式Op=-F/Fp和式( 14)中的p,重復(fù)上述步當(dāng)前的水錘計(jì)算方法,考慮到水體溫度、計(jì)算精度及壓力脈動(dòng)等因素的影響，大多將液柱分離的判斷條件定驟③.④,直到IApl≤10*。為:當(dāng)真空度高于8m或者絕對(duì)壓力低于2.33 m時(shí),即3計(jì)算結(jié)果及分析認(rèn)為發(fā)生了液柱分離,當(dāng)液柱分離處絕對(duì)壓力上升超過(guò)通過(guò)計(jì)算,并綜合考慮珠海電廠循環(huán)水系統(tǒng)組成及2.33 m時(shí).即認(rèn)為發(fā)生再?gòu)浐?。管路布置情況,在泵出口閥后及管路系統(tǒng)中凸起點(diǎn)增設(shè)3.1.2調(diào)整后的判斷標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)行的液柱分離及再?gòu)浐吓袛鄻?biāo)準(zhǔn)與實(shí)際情況相4只進(jìn)排氣閥,口徑200 mm,具體布設(shè)位置詳見圖3。比,因取值較保守,所以計(jì)算結(jié)果偏于安全。由于珠海電廠循環(huán)水系統(tǒng)水錘計(jì)算結(jié)果處于安全臨界狀態(tài),為正確判斷珠海電廠循環(huán)水系統(tǒng)水錘狀況,以便能在確保安全的基礎(chǔ)上節(jié)約投資,本計(jì)算將液柱分離及再?gòu)浐系呐袛鄺l件調(diào)整為:當(dāng)真空度高于9.5m或者絕對(duì)壓力低于0.83m時(shí),即認(rèn)為發(fā)生了液柱分離,當(dāng)液柱分離處絕對(duì)壓力上升超過(guò)0.83 m時(shí),即認(rèn)為發(fā)生再?gòu)浐?。該?biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行判斷標(biāo)準(zhǔn)相比,雖然有較大下降,但與實(shí)際情況相比，圈3進(jìn)排氣閥布置圖珠海電廠循環(huán)水系統(tǒng)在增設(shè)進(jìn)排氣閥作為防護(hù)措仍有一定的安全與裕度。施后,水錘現(xiàn)象雖然得到了很大的緩解,但是在兩泵并3.2 凝汽器的處理方法及影響聯(lián)運(yùn)行、同時(shí)事故停泵、出口閥按程序關(guān)閉及單泵運(yùn)行凝汽器由數(shù)萬(wàn)根冷凝管組成,冷凝管按--定規(guī)律排關(guān)閥停泵兩種情況下,水錘最大升壓仍然超過(guò)了系統(tǒng)中列。本工程凝汽器最高的冷凝管高程為10.6m,最低的為凝汽器的額定承壓能力。根據(jù)該結(jié)果,結(jié)合珠海電廠循5.3 m。計(jì)算時(shí)將凝汽器處理成一根當(dāng)量管,并將當(dāng)量管環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)備布置情況.必須采取以下兩方面措施對(duì)高程等同于最高-根冷凝管的高程,因此按前述的液柱系統(tǒng)水錘進(jìn)行防護(hù):①調(diào)整管線布置.降低凝汽器安裝分離及再?gòu)浐吓袛鄺l件，當(dāng)量管的壓力低于0.83 m時(shí)，即認(rèn)為整個(gè)凝汽器發(fā)生了液柱分離.當(dāng)液柱分離處絕對(duì)高程;②增設(shè)調(diào)壓塔等其他水錘防護(hù)措施。以上兩方面措施不但會(huì)增加大量工程投資,而且根壓力上升超過(guò)0.83 m時(shí),即認(rèn)為整個(gè)凝汽器發(fā)生了再?gòu)洆?jù)珠海電廠循環(huán)水系統(tǒng)總體布置及目前的建設(shè)進(jìn)展情合。這與實(shí)際情況有較大差異,因?yàn)楫?dāng)當(dāng)量管內(nèi)壓力低況實(shí)際也無(wú)法實(shí)施。因此,考慮到珠海電廠循環(huán)水系統(tǒng)于0.83m時(shí),凝汽器頂部冷凝管開始出現(xiàn)液柱分離,此時(shí)最大水錘升壓超過(guò)系統(tǒng)額定承壓能力的幅度較小,基本其他冷凝管仍然保持暢通。因此將凝汽器處理成當(dāng)量管的方法同樣會(huì)中國(guó)煤化工處于臨界狀態(tài)，而當(dāng)前水錘計(jì)算結(jié)果又存在一定的誤差,且偏于安全這一情況,對(duì)珠海電廠循環(huán)水系統(tǒng)水錘4結(jié)論及建，MHCNMH G計(jì)算過(guò)程及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行進(jìn)- -步分析,以確定有無(wú)必要鑒于上述補(bǔ)充計(jì)算的計(jì)算結(jié)果及凝汽器的處理方14企業(yè)技術(shù)開發(fā)2011 年8月，法對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響,本計(jì)算認(rèn)為珠海電廠循環(huán)水系統(tǒng)在增設(shè)4只DN200進(jìn)排氣閥作為水錘防護(hù)措施后基本能滿足安全運(yùn)行的要求。但考慮到凝汽器處最大水錘升壓接近系統(tǒng)承壓能力的極限,建議建設(shè)單位在試運(yùn)行時(shí)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，以進(jìn)- - 步對(duì)系統(tǒng)的安全! 0性進(jìn)行驗(yàn)證。建議水泵出口閥關(guān)閉程序采用10s快關(guān)76.5°、40s慢關(guān)13.5°進(jìn)行控制,對(duì)起動(dòng)泵出口閥按泵閥聯(lián)動(dòng)、閥門開啟時(shí)間為60s進(jìn)行控制。兩臺(tái)泵同時(shí)事故停泵的壓力包絡(luò)線見圖4、圖5。圈5泵出口閥10 s/76.59 ,40 s/13.59.吸水室水位-0.472 m兩臺(tái)泵同時(shí)事故停泵的壓力包絡(luò)線參考文獻(xiàn):[1]楊開林電站與泵站中的水力瞬變及調(diào)節(jié)[M].北京:中! 15國(guó)水利水電出版社,2000.[2] [美E.B.懷利,V.L.斯特里特著,清華大學(xué)流體傳動(dòng)與控制教研組譯.瞬變流[M)北京:水利電力出版社,2002.[3]劉竹溪,劉光臨.泵站水錘及其防護(hù)[M]北京:中國(guó)水利水電出版社，1998.s004]劉光臨.江西省九江第三水廠水源泵站水錘分析及防圉4泵出口閥10 s/76.59 ,40s/13.59 ,吸水窒水位-1.752 m護(hù)技術(shù)研究報(bào)告[R].九江:江西省九江第三水廠,2000.(上接第10頁(yè))礎(chǔ)上可以進(jìn)-步研究分析SOA的業(yè)務(wù)服務(wù)粒度與流程柔性的關(guān)系以及設(shè)計(jì)柔性流程模塊。se5s10014.0014.001400241 0014..[a21314. 00140024 00141[1] Ross ,J.W., P.Enterprise Architecture as Strategy: Creating a00240024.0014Foundation for Business Execution [M].Boston: Harvard Busi[a1430a5 1314 I4300I 0024I 0024 0014ness School Press , 2006.a6 1314 1324I 0024.002生. 0014[2]黃麗華,葛永利,富小麗,等.企業(yè)過(guò)程柔性的概念框架[]-l 371314024.0024a8I1314I00240024I00240024L10024系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐, 99,( 10).C 0240014 0014[3] Slack ,Nigel.Manufacturing systems flexibility an asessment4314procedure!J].Computer Integrated Manufacturing Systems,圖5旅客登機(jī)流程的SeAD模型1988,(1).5結(jié)論與展望[4] Malone , T.W.,Crowston, K., Lee ,J.Tools for Inventing Orga-nizations: Toward a Handbbok of Organizational Processes [].本文基于QFD和DSM開發(fā)了SeAD矩陣模型,該模Management Science，1999,(3).型能夠簡(jiǎn)潔、集成、有效地描述流程的響應(yīng)柔性和范闈[5]鄭大兵,黃麗華,李勇.QFD在企業(yè)過(guò)程優(yōu)化中的應(yīng)用]柔性,并給出了SeAD模型的構(gòu)造方法。未來(lái)在SeAD基管理科學(xué)學(xué)報(bào)，99,(4).中國(guó)煤化工MYHCNMHG