循环可靠性校验

12.3.2　循环可靠性校验

1.水循环可靠性指标

自然循环锅炉中，正常的水循环特性是上升管吸热量变化时，循环流量能够一直保持较高的数值；且当吸热量增大时，流速也增加，工作状态处于锅炉的自补偿能力范围之内。

自然水循环可靠性指标是保证所有的水冷壁管子都具有足够流量且得到正常和充分的冷却。凡是各种使得水冷壁管不能得到正常冷却的条件都有可能引起水循环的不稳定或不可靠的，主要有：

（1）循环停滞或自由水面，即上升蒸发管屏中受热弱的管子内，水与蒸汽缓慢地流动。发生流动停滞时，在停滞管的弯头、焊缝等处易于积聚汽泡，倾斜管段上可能形成汽水分层，管壁上由于水的不断蒸发使得该管炉水含盐浓度增大而可能积沉水垢。当形成自由水面时，管子上部空间由于与蒸汽相接触，其冷却条件更差而更易过热烧坏，且管壁温度随着不稳定的水位波动可能产生热疲劳损坏。因此，不允许发生循环停滞，形成自由水位，发生汽水分层等现象。

（2）循环倒流，即受热管中的工质向下流动。倒流并不是导致水冷壁管冷却不良而发生故障的必然条件，这主要取决于工质的流速。当向下流动的速度大到能够顺利带走汽泡时，管子的工作仍然是可靠的。但若发生低速倒流，汽泡易在弯头或水平段滞留而造成管子损坏。目前对低速倒流问题尚未彻底弄清，为了水循环的安全，在我国的水动力计算方法中规定不允许发生水循环倒流现象。

（3）下降管内的工质带汽或汽化，使循环动力下降、减弱、直至破坏。

（4）超高压以上锅炉，随着蒸发受热面热负荷和质量含汽率的提高，若循环流量过低，即循环倍率过小，有可能出现沸腾传热恶化。应当校核受热强管的循环倍率是否过小。

（5）锅炉的水质成分不合格，含盐量过高。这会在管壁上形成水垢或沉积水渣，使得管壁温度升高而破坏，因此须保证合格的水质工况。此外，循环倍率或流速过低，水中含盐量因蒸发浓缩也可能在上升管出口附近形成水垢，或使水渣沉积在水平或微倾斜管处。通常希望循环流速大于0.2m/s。

我国水动力计算方法中对可能的受热最弱管进行循环停滞和倒流的校验。

2.停滞压差校验

（1）不发生停滞的条件是：

（2）不发生自由水面的条件是：

式中：S₀为回路工作点压差，按前述方法计算；Δp_ts为提升压差，按式（12.13）计算；1.05是考虑计算可能存在的不确性而增加5%的安全裕度系数；S_tz为受热弱管的停滞压差，按下述方法计算。

停滞压差只能用间接模拟的试验方法确定。忽略停滞时的流动阻力和加速压降，上升管的停滞压差S_tz计算式为

式中：h_rq及h_rh为受热前段及受热后段的高度，m；K_αi为受热弱管第i段管子倾斜修正系数，按式（11.35）计算，式中的循环流速w₀由受热弱管出口的蒸汽折算速度w″_0c求得，即w₀＝w″_0cρ″/ρ′，m/s；及为受热弱管第i段及不受热部分停滞截面含汽率，计算式为

式中：w″₀为受热弱管子中的蒸汽平均折算速度，m/s；系数A、B按表12.2选取。

表12.2　系数A及B

注：①有效范围适用式（12.28）；②式（12.29）中若算出＞1时，取＝1。

3.最大倒流压差校验

不发生倒流的条件是：

式中：S₀为回路工作点压差；为受热弱管的最大倒流压差，按下述方法计算。

在计算的过程中，为了能适用于各种结构，引入倒流比压差的概念，即单位高度上的倒流压差值，可由高度h除式（12.24）的两边得到

式中：Z＝（∑ξ＋λl/d）/h为单位高度的阻力系数，1/m。

的计算，原则上可以对式（12.31）中的ρw求导，得到该式一阶导数等于零时的ρw值，则可求出最大倒流比压差。由于式（12.31）过于繁杂，需用计算机求解。这里只给出线算图线计算方法，如图12.14所示，此图的使用方法为：①按受热弱管的蒸汽折算速度w″_0min及压力p由图（a）求得倒流有效比压头S₀；②按w″_0min及Z值由图（b）求得阻力系数修正系数CZ；③按w″_0min及d由图（c）求出管径修正系数C_d；④计算有效比压头S＝S₀CZC_d；⑤按S及p由图（d）求出倒流比压差；⑥最大倒流压差＝。

图12.14　决定倒流比压差的线算图

（a）Z＝1，d＝50mm时的倒流比有效压头；（b）Z≠1时的修正系数；（c）d≠50mm时的修正系数；（d）倒流比压差