(高清版)GBT 14416-2023 鍋爐蒸汽的采樣方法

鍋爐蒸汽的采樣方法2023-05-23發(fā)布國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)前言 I 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語(yǔ)和定義 4原理 5試樣采集 6試樣輸送 27試樣冷卻 附錄A(資料性)等速采樣 5附錄B(資料性)試樣輸送影響因素 6I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件代替GB/T14416—2010《鍋爐蒸汽的采樣方法》。與GB/T14416—2010相比，除結(jié)構(gòu)調(diào)整和編輯性改動(dòng)外，主要技術(shù)變化如下：a)增加并修改了術(shù)語(yǔ)和定義(見(jiàn)第3章，2010年版的第3章);b)更改了方法概要(見(jiàn)第4章，2010年版的第4章);c)更改了采樣器(見(jiàn)第5章，2010年版的第5章);d)更改了試樣輸送管路(見(jiàn)第6章，2010年版的第5章);e)更改了冷卻器(見(jiàn)第7章，2010年版的第5章);f)刪除試劑與材料、樣品容器的選擇與處理、蒸汽樣品的采集、采樣量、樣品標(biāo)簽、樣品存放與運(yùn)輸(見(jiàn)2010年版的第6章和第7章)。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)提出并歸口。本文件起草單位：西安熱工研究院有限公司、潤(rùn)電能源科學(xué)技術(shù)有限公司、華能武漢發(fā)電有限責(zé)任公司。本文件于1993年首次發(fā)布，2001年第一次修訂，本次為第二次修訂。1鍋爐蒸汽的采樣方法1范圍本文件規(guī)定了蒸汽品質(zhì)測(cè)定用試樣的采集、輸送和冷卻的要求與方法。本文件適用于電站鍋爐和工業(yè)鍋爐蒸汽試樣的采集，其他蒸汽管道采樣可參照本文件執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包含所有的修改單)適用于本文件。GB/T14976流體輸送用不銹鋼無(wú)縫鋼管DL/T665水汽集中取樣分析裝置驗(yàn)收導(dǎo)則DL/T752火力發(fā)電廠異種鋼焊接技術(shù)規(guī)程DL/T869火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。等速采樣isokinetiesampling蒸汽試樣以同管路中蒸汽的流速和方向完全相同的方式進(jìn)入采樣器入口的采樣技術(shù)。4原理本方法介紹了用于采集和輸送飽和蒸汽、過(guò)熱蒸汽和再熱蒸汽試樣的設(shè)備、設(shè)計(jì)原理和程序，包括采樣裝置的選擇和應(yīng)用、輸送管道尺寸、冷凝要求和最優(yōu)流速，使蒸汽采樣和輸送過(guò)程均具有代表性，能準(zhǔn)確反映蒸汽中的溶解性化學(xué)物質(zhì)、固體顆粒以及固體顆粒上吸附的化學(xué)物質(zhì)等雜質(zhì)。采樣系統(tǒng)包括專門設(shè)計(jì)、制造和安裝的采樣器、輸送管路和冷卻器等設(shè)備。5試樣采集5.1蒸汽的采集應(yīng)采用等速采樣(見(jiàn)附錄A),使試樣具有代表性，并注意以下內(nèi)容。a)采樣系統(tǒng)應(yīng)按機(jī)組滿負(fù)荷條件下滿足等速采樣的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。為達(dá)到等速采樣的效果，采樣流量宜根據(jù)蒸汽流量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。b)為避免飽和蒸汽中的水分在管內(nèi)表面形成一層含雜質(zhì)的水膜進(jìn)入取樣管，應(yīng)將取樣口安裝在遠(yuǎn)離管壁的位置。c)蒸汽采樣系統(tǒng)應(yīng)首先設(shè)計(jì)等速采樣器，隨后設(shè)計(jì)確定從采樣器到一級(jí)冷卻器的隔離閥、取樣管。等速采樣器的設(shè)計(jì)流量應(yīng)同時(shí)滿足在線化學(xué)儀表及人工取樣的要求，宜為1000mL/min~2GB/T14416—2023d)為盡量減少過(guò)熱蒸汽中污染物的沉積，采樣后宜立即進(jìn)行冷卻。5.2等速采樣器設(shè)計(jì)時(shí)，考慮流量變化、熱應(yīng)力等因素的影響。等速采樣器的外形宜為錐形，以減少對(duì)蒸汽流的擾動(dòng)。5.3采樣器入口的直徑按公式(1)計(jì)算，且不小于3.2mm?！?1)式中：D——采樣器入口的直徑，單位為毫米(mm);qm——蒸汽的采樣流量(手動(dòng)采樣流量與各種在線分析儀表流量的和),單位為千克每秒(kg/s);v——管道中蒸汽的流速(鍋爐額定負(fù)荷條件下),單位為米每秒(m/s);p——蒸汽密度，單位為千克每立方米(kg/m2)。5.4等速采樣器的材質(zhì)宜采用S31608(316)或S31603(316L)。超臨界、超超臨界機(jī)組的高溫、高壓區(qū)段，可選擇與蒸汽管道相同的材質(zhì)。5.5采樣器應(yīng)安裝在距離流動(dòng)擾動(dòng)部位(彎頭、三通、閥門、孔板等)下游35倍蒸汽管道內(nèi)徑、上游4倍蒸汽管道內(nèi)徑的范圍外。如上述條件不滿足，采樣器距上游流動(dòng)擾動(dòng)部件和下游流動(dòng)擾動(dòng)部件的距離之比宜為9:1。5.6蒸汽管道中蒸汽的流動(dòng)不完全處于紊流狀態(tài)時(shí)，應(yīng)將采樣器安裝在長(zhǎng)垂直管道中，宜選擇蒸汽向下流動(dòng)的管段；如果應(yīng)安裝于水平管道中，則采樣器應(yīng)靠近管道的頂部。若蒸汽在管道中的流動(dòng)處于紊流狀態(tài)時(shí)，宜在水平管道或垂直管道上首選有較長(zhǎng)直管段的位置進(jìn)行取樣。5.7安裝時(shí)，等速采樣器的入口朝向與管道中蒸汽的流動(dòng)方向相反，入口中心線應(yīng)距蒸汽管道內(nèi)壁一定距離，宜為蒸汽管道內(nèi)徑的0.12倍(見(jiàn)圖1)。在沒(méi)有層流或直徑較小(≤15.24cm)的蒸汽管道采樣時(shí)，若有限空間限制了采樣器的尺寸，采樣器插入深度可超過(guò)管道內(nèi)徑的0.12倍。圖1等速采樣器5.8等速采樣器從蒸汽管壁插入并焊接在管壁(或管道附件)上，焊接應(yīng)能滿足相應(yīng)材質(zhì)的焊接工藝要5.9等速采樣器出口應(yīng)直接與隔離閥相連。高溫、高壓環(huán)境下，應(yīng)使用雙隔離閥。6試樣輸送6.1輸送試樣的取樣管盡可能短，以減少壓降、滯后時(shí)間、試樣成分變化以及試樣冷凝的影響，管路安3蒸汽流向燕汽管道樣品入口蒸汽流向燕汽管道樣品入口排污裝應(yīng)符合DL/T665的規(guī)定。6.2蒸汽取樣管的形狀避免急彎和U型彎，防止顆粒沉積和壓力驟降。應(yīng)規(guī)劃管路安裝路線，避免管路中試樣溫度驟變。6.3蒸汽取樣管應(yīng)使用不銹鋼材質(zhì)，符合GB/T14976、DL/T665的規(guī)定。宜選擇S31608(316)、6.4等速采樣器入口直徑、隔離閥、連接至冷卻器的管路宜采用相同內(nèi)徑。6.5蒸汽取樣管的設(shè)計(jì)時(shí)，考慮試樣輸送過(guò)程的影響(具體見(jiàn)附錄B),防止試樣成分變化。在安裝條件允許情況下，可采用就地冷卻器，采樣器出口至冷卻器的距離可控制在6m以內(nèi)。采樣器出口至冷卻器應(yīng)有相應(yīng)的保溫措施。試樣經(jīng)過(guò)冷凝后，輸送管路的內(nèi)徑應(yīng)保證試樣流速不低于1.8m/s。蒸汽試樣輸送管路示意圖見(jiàn)圖2。6.6蒸汽采樣系統(tǒng)及管路可能存在高溫和高壓安全問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及現(xiàn)場(chǎng)要求予以考慮和解決。V-3F-lV-5V-8‘T-2標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：V-1——就地一次隔離閥；V-2——就地二次隔離閥；V-3——取樣一次門；V-4——取樣二次門；V-5——減壓閥；V-7——恒壓閥；V-8——排污閥；注：部分高溫取樣盤增設(shè)預(yù)冷裝置。E——就地冷卻器；E-1——冷卻器1;E-2——冷卻器2;T-1——溫度計(jì)1;T-2——溫度計(jì)2;P-1——壓力表；F-1——流量計(jì)。圖2試樣輸送管路示意圖47試樣冷卻7.1經(jīng)過(guò)高溫取樣盤最后一級(jí)冷卻器后試樣溫度應(yīng)符合DL/T665的規(guī)定。7.2采樣冷卻器宜為螺旋線圈式或同軸套管式冷卻器，冷卻器盤管應(yīng)使用不銹鋼材質(zhì)，符合GB/T14976、DL/T665的規(guī)定。材質(zhì)宜選擇S31608(316)、S31603(316L)或S30408(304)。7.3冷卻盤管應(yīng)使用整根管子制造，中間無(wú)焊縫及接口，管路的強(qiáng)度能承受采樣蒸汽的壓力和溫度。7.4采樣冷卻器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3和圖4。冷卻水入口圖3螺旋線圈式冷卻器示意圖圖4同軸套管式冷卻器示意圖5(資料性)等速采樣A.1蒸汽中的雜質(zhì)主要來(lái)源于鍋爐蒸汽帶水、汽水分離效果差(對(duì)于汽包鍋爐)引起的機(jī)械攜帶鹽類和蒸汽溶解雜質(zhì)的溶解攜帶鹽類及其他影響因素，為了防止汽輪機(jī)、其他熱交換器等熱力設(shè)備的腐蝕、固體顆粒物沖蝕、流動(dòng)加速腐蝕和積鹽等問(wèn)題，蒸汽品質(zhì)常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括氫電導(dǎo)率、鈉、二氧化硅、鐵和銅。準(zhǔn)確測(cè)定蒸汽中所有雜質(zhì)(溶解性物質(zhì)、固體顆粒、固體顆粒上附著的化學(xué)物質(zhì)),以確定蒸汽品質(zhì)是否在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)，蒸汽試樣的代表性尤為關(guān)鍵和重要。A.2飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽通常為兩相流體，飽和蒸汽由蒸汽和水滴組成，過(guò)熱蒸汽由蒸汽和少量的顆粒組成，顆粒上附著各種溶解性的離子(如Na+、Cl-、SO?2-等),為保證蒸汽試樣的代表性，使所取得的蒸汽試樣單位體積內(nèi)所含水滴或顆粒的數(shù)量與實(shí)際蒸汽相同，采用等速采樣。A.3蒸汽試樣的采集和輸送不當(dāng)會(huì)影響試樣的代表性。等速采樣要求進(jìn)入采樣器入口的流體速度和方向與被采樣流體的速度和方向相同。等速采樣可確保所取到的試樣具有代表性，這些試樣含有的溶解性物質(zhì)、固體顆粒、固體顆粒上吸附的化學(xué)物質(zhì)等含量與蒸汽中的含量相同。a)當(dāng)采樣流速大于實(shí)際蒸汽流速時(shí)，取樣口四周的部分蒸汽會(huì)轉(zhuǎn)向流入取樣口，由于水滴的慣性遠(yuǎn)大于蒸汽分子，四周的水滴不能轉(zhuǎn)向進(jìn)入取樣口(見(jiàn)圖A.1情況a),導(dǎo)致蒸汽試樣中單位體積水滴的量小于實(shí)際蒸汽中單位體積水滴的量。由于水滴中溶解的鹽濃度很高，此時(shí)所取蒸汽試樣的含鹽量會(huì)低于實(shí)際蒸汽的含鹽量。b)當(dāng)采樣流速小于實(shí)際蒸汽流速時(shí)，取樣口四周的部分蒸汽會(huì)轉(zhuǎn)向從取樣口四周流走。由于水滴的慣性遠(yuǎn)大于蒸汽分子，取樣口對(duì)應(yīng)的水滴不能轉(zhuǎn)向，對(duì)應(yīng)的水滴進(jìn)入取樣口(見(jiàn)圖A.1情況b),導(dǎo)致蒸汽試樣中單位體積水滴的量大于實(shí)際蒸汽中單位體積水滴的量。由于水滴中溶解的鹽濃度很高，此時(shí)所取蒸汽試樣的含鹽量會(huì)高于實(shí)際蒸汽的含鹽量。大于實(shí)際蒸汽流速情況b小于實(shí)際蒸汽流速圖A.1非等速采樣的影響6(資料性)試樣輸送影響因素B.1飽和蒸汽試樣輸送過(guò)程的影響。一般情況下，飽和蒸汽初始速度高于11m/s時(shí)達(dá)到湍流狀態(tài)，可確保大多數(shù)顆粒物和離子成分的輸送。由于許多蒸汽取樣管比較長(zhǎng)且未做保溫措施，蒸汽試樣經(jīng)常在到達(dá)汽水取樣間之前會(huì)完全冷凝。部分冷凝或完全冷凝的試樣流速通常較低，有部分物質(zhì)沉積造成試樣不具有代表性。這種冷凝也會(huì)造成試樣滯后時(shí)間長(zhǎng)(試樣進(jìn)入采樣器到輸送至汽水取樣間的時(shí)間),滯后時(shí)間可能為幾分鐘或幾小時(shí)，因此通過(guò)縮小取樣管內(nèi)徑來(lái)減少試樣滯后的影響。通過(guò)詳細(xì)設(shè)計(jì)取樣管路來(lái)控制蒸汽和液體的流速可最大限度減少這種干擾。為確保試樣的代表性，宜在飽和蒸汽試樣源頭處進(jìn)行冷卻，冷卻器后的取樣管段的內(nèi)徑按照輸送液體進(jìn)行設(shè)計(jì)。B.2過(guò)熱蒸汽試樣輸送過(guò)程的影響。大多數(shù)雜質(zhì)可以溶解在過(guò)熱蒸汽中，采樣時(shí)隨著過(guò)熱蒸汽溫度和壓力降低，有些污染物的溶解度也降低，析出并沉積在取樣管上。當(dāng)取樣管的溫度達(dá)到或低于飽和溫度時(shí)，冷凝在管壁的液膜將溶解部分雜質(zhì)，試樣也不具有代表性。因此，宜在過(guò)熱蒸汽采樣器后安裝就地冷卻器，以確保具有代表性。B.3過(guò)熱蒸汽和飽和蒸汽取樣管設(shè)計(jì)時(shí)，使得試樣具有代表性。為減少壓降、滯后時(shí)間、試樣成分的變化以及試樣的冷凝帶來(lái)的影響，采樣器到試樣冷卻器的距離盡可能短(宜小于6m)。B.4許多電廠在汽水取樣間高溫盤冷卻蒸汽試樣，因此取樣管路長(zhǎng)度超過(guò)120m,這將導(dǎo)致壓降大、試樣流量不足、試樣滯后時(shí)間長(zhǎng)以及試樣不具有代表性。該取樣方式要求嚴(yán)格遵守取樣管路的詳細(xì)設(shè)計(jì)，以確保冷凝液試樣的流速。蒸汽采樣的首選方法是盡可能在蒸汽采樣器附近6m以內(nèi)冷凝試樣。B.5蒸汽進(jìn)入到等速采樣器入口時(shí)含有顆?；蛞旱?，當(dāng)試樣在取樣管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，熱量會(huì)通過(guò)管外表面而損失，造成蒸汽焓的降低，失去過(guò)熱，在取樣管內(nèi)壁形成一層液膜。液膜流動(dòng)的速度比蒸汽流動(dòng)的速度慢，且隨著更多蒸汽的冷凝，蒸汽流速隨之降低。液體表面的運(yùn)動(dòng)隨著液體和蒸汽速度的變化而變化，如果蒸汽速度足夠高，那么液滴被帶入蒸汽中。同時(shí)，蒸汽所攜帶的液滴撞擊液膜而附著在液膜中。隨著蒸汽的冷凝，液膜厚度逐漸增加，當(dāng)液膜達(dá)到足夠的厚度時(shí)，流體發(fā)展為塞狀流或攪動(dòng)流，其中蒸汽產(chǎn)生的氣泡比伴隨流動(dòng)的液體流動(dòng)更快，并繞過(guò)氣泡之間的液體。氣泡的尺寸逐漸減小，直到所有蒸汽凝結(jié)，產(chǎn)生單相液體。如果取樣管路很短，那么所有上述過(guò)程可能不會(huì)發(fā)生。B.6蒸汽試樣流量的