除氧器结构设计计算程序开发
来源:用户上传
作者:李一剑 赵德芳
摘 要：除氧器是电站重要辅机之一，为了提高除氧器的设计效率，开发除氧器结构设计计算程序就显得非常必要。本文阐述了除氧器设计程序的主要功能、使用效果、程序运用GB/T150-2011、《固定式压力容器安全技术监察规程》、ASME-BPVC.VIII-1-2017、《电站压力式除氧器安全技术规定》等标准和行业规定的理论、计算公式、材料数据，结合多年的设计经验，通过Excel文档，采用VBA语言开发出本程序，利用本程序，提高了除氧器初步结构设计计算准确性、高效性、全面性及灵活性。
關键词：除氧器 结构设计 数据表 程序开发
中图分类号：TM621.7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）03（b）-0054-02
1 引言
电站除氧器设计过程中，设备性能、结构尺寸等相关数据必不可少的，为了缩短技术准备时间，特开发此计算程序。
除氧器的数据包括设计压力、设计温度、有效容积、总容积、筒体的强度要求厚度、封头的强度计算厚度、疏水出口的最小内径、筒体的需要长度、筒体的重量设备、封头重量、内件重量、设备净重量、运行重量、总重量、安全阀排放量、大部件尺寸、载荷等数据。
2 程序主要功能
2.1 主参数计算
根据《电站压力式除氧器安全技术规定》[1]第二章的内容及用户需求，计算除氧器的设计压力、设计温度、贮水容积、全几何容积、单个出水管最小内径、试算或者检验锅炉在最大连续蒸发量运行时给水消耗量所需分钟数。
2.2 结构计算
根据用户需求，确定设计规范（ASME或GB150），确定设备内径，选取相应材料，程序将自动计算设备容积结构，通过自动提取所选择材料在设计温度、设计压力及相应设计规范下的许用应力值，根据GB150-2011[2]、《固定式压力容器安全技术监察规程》[3]、ASME-2017[4]强度计算相关公式进行自动计算，计算出承压部件壁厚。
2.3 数据表模块
根据前面计算后确定的除氧器内径、长度、筒身长度、筒身壁厚、封头壁厚及机组容量的选择等，程序自动根据相关公式计算出筒体重量、封头重量、内件碳钢重量、内件不锈钢重量、平台扶梯重量、设备净重、设备运行重、设备总重、平台扶梯重量，并将各个计算数据填入到数据表中，数据表规范性的信息将自动录入到输出模板。
2.4 安全阀排放量的计算模块
程序根据《电站压力式除氧器安全技术规定》附录C内容第一节“安全阀最大排汽量计算”中相关公式编制计算，并建立响应数据表，通过对安全阀需要排气量的确定，选择安全阀的规格，确定安全阀的选择是否合理，并计算出单只安全阀的最大排气量。
2.5 大部件尺寸及性能表
根据需求的数据，与前面计算过的相关数据进行关联，生成相应数据表格。
2.5.1 大部件尺寸
根据计算除氧器的长度、外直径及工作经验圆整值，可计算出关键部件净重。
2.5.2 除氧器性能数据表
包含排汽量、提升温度、浓度差、滑压范围、冷态启动中所需的预暖时间，浓度差等将生成数据表体现。
2.5.3 结构设计数据表
结构设计数据表包含项目名称、设备形式、型号、壳体材料、封头材料、设计压力、设计温度、最大出力、有效容积、除氧器喷嘴压降、运行方式、外形尺寸、整体高度、安装后总高度、焊缝系数、腐蚀俗量、设备净重、运行重、满水重等数据[5]。
2.5.4 测量特性表
根据用户需求，一般要求提供安全阀、温度计、压力表、液位计等配套件的特性数据表。这些配套件的相关数据，将与程序进行数据的关联，如安全阀的公称直径、流通量、液位计的尺寸规格及设计压力等。
2.6 接口规格表
程序先将现有除氧器接口统计为一个库表，使用者可根据自己的需要或者日积月累进行修改或者扩充，程序在库表的右边建立了一个随机表，使用者只需按用户需求调整相应内容的顺序，在名称列的下拉菜单选取名称就可以了，其余数值将对应输出显示。
2.7 供货范围表
此模块不仅提供了库表供使用者添加或者修改，而且还提供供货范围表的外购件、进口件的筛选等功能，免去查找生产厂家、规格的麻烦，大大地提高了准确率和效率。
3 信息输入界面
通过热平衡图，进行原始数据输入，信息输入分为以下5种类型：
⑴绝对选择信息。
有头或者无头除氧器的选择、机组大小的选择与给水百分比、设计规范、材料选择、筒身焊接接头系数。
⑵绝对输入信息。
项目名称（后面的“另存到指定目录”就是以这个单元格的内容命名的）、加热蒸汽压力（a）、加热蒸气总量、出口给水量、给水出口温度、VWO工况下蒸汽温度、要求储水分钟数。
⑶默认输入信息。
正常水位距中心线距离、封头直段长度、设计压力安全系数。
⑷选择或者输入信息。
设备内径的大小、出水口距底部距离、腐蚀裕量、厚度负偏差、筒身工艺减薄量、封头工艺减薄量。
⑸计算后供参考输入信息。 筒身取用长度、选用设计压力（g）、除氧器额定出力（设计取用）、除氧器蒸汽管道设计温度、除氧器本体设计温度、选用有效容积、筒体取用厚度（名义厚度）、标准封头取用厚度（名义厚度）。
程序信息输入界面如图1。
4 程序的特殊处理
（1）输出格式的处理：结合实际工作，将设计过程中除文字以外的内容以表格的形式输出;
（2）供货范围、接口数据的处理：程序将供货范围、接口数据表的配件生产厂家的查询、外购件与进口件进行归类，解决了使用过程中的无序性、名称的不统一等问题;
（3）数据的提取：建立库表，利用Excel表格，通过VBA函数配合进行提取;
（4）归档处理：保存命令不仅自动将文件以工程名、计算日期为文件名进行保存到指定文件，同时将该工程的主要参数信息（如设计压力、有效容积等）自动录入到一个“目录”工作薄里面并保存，方便以后查询、比较、统计;
（5）修正计算：根据不同情况，有些电厂要求主要设计数据根据热平衡图计算确定，有些电厂是由相关设计院来确定好部分设计数据，程序设计了修正计算，我们采取了通过计算得到数据，然后根据计算数据修正最终数据进行录入;
（6）许用应力的选取：程序将不同国家材料的抗拉强度σb和屈服强度σs建立庫表，然后根据设计规范要求确定该设计规范下的材料的许用应力，扩大了材料的适用性;
5 程序使用效果
程序通过晋城2×300MW机组、越南扩建330MW机组、印度电站 3×660MW超临界机组工程、淮北2×660MW机组等电站项目除氧器结构设计中的使用，程序充分展现了在除氧器初步设计阶段的准确性、高效性、全面性及灵活性。
6 结语
通过火电300MW、600MW机组的工程验证，程序针对除氧器结构的计算，从信息输入到文件数据的输出，系统、完善地包含了结构设计数据的全过程，程序自动生成数据表、支座载荷表、安全阀排放量计算表、接口表、供货范围表。以上数据表数据准确、全面，表明程序可靠，方便快捷，达到了程序化的目的，通过了设计应用的考核。
参考文献
[1] 电站压力式除氧器安全技术规定[Z].能源安保[1991]709号 1991.8.
[2] GB/T150-2011压力容器[S].中华人民共和国国家标准公告（2017年第7号）.
[3] TSG 21-2016固定式压力容器安全技术监察规程[S].国家质量检验检疫总局，2016.
[4] 孙永贵，陈德昌.新型除氧器的设计和研究[J].电站辅机，1997（1）：4-12.
[5] 李斌.ASME规范在除氧器及水箱强度计算中的应用及计算程序编制[J].电站辅机，2001（2）：7-11.
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