一种新蒸汽汽轮机两相重要区域热能高效优化方法

轩军厂，李伟明

（1.中海油安全技术服务有限公司，天津 300450；2.广东石油化工学院，广东茂名 525000）

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蒸汽汽轮机是一种将蒸汽热能和压力能转换成机械能的流体机械，广泛应用于电厂和工业装置，驱动发电机以及大型的风机、压缩机和水泵等，属于大型装备，且价值高昂。对凝汽式汽轮机与饱和蒸汽汽轮机而言，蒸汽在逐级膨胀过程中，压力和温度逐级下降，在汽轮机末几级，会出现部分水蒸气的冷凝并以水滴的形式出现、聚集，形成冷凝水，蒸汽变为湿蒸汽（即汽-水混合物）。在汽轮机末几级，当排气干度下降时，蒸汽的热能利用率增加，机组效能提高；但排气干度的下降时，排气中冷凝水含量增加，会引起叶片的水腐蚀、水利冲击，甚至导致机组强烈振动，这是导致机组事故最主要的原因之一，因此必须合理地控制末几级排气干度，以确保汽轮机组经济、安全运行。

为了保证汽轮机即经济又安全运行，建立湿区热性质模型，精确地计算湿蒸汽的饱和温度、饱和压力及湿蒸汽的干度等是必要的。对于湿区热性质建模，可借助IAPWS-IF97公式[1-3]及其相关的反式等式实现，但其模型比较复杂，大多需要迭代，而且比较耗时，这也是IAPWS-IF97计算方法广为诟病的主要原因。基于此，选择湿区最难计算的热性质，即以(h,s)为变量的热性质，进行建模并最优化，以满足快速的热性质计算与工业仿真需求。

本文提出一种以(h,s)为变量的湿区热性质方程和方法，实现热力计算的优化和简化，快速计算湿区重要区间饱和温度、蒸汽压力以及饱和水与饱和湿蒸汽的比焓、比熵和湿蒸汽干度，而且热性质计算数值偏差满足IAPWS对数字一致性要求[4-6]，其使用范围涵盖汽轮机可能工作区域。……