印度150MW循環(huán)流化床項目冷風(fēng)道振動問題分析及解決方案

鄧婷婷

1.前言

印度項目6臺135MW循環(huán)流化床機(jī)組，目前1、2號機(jī)組已投入運(yùn)行，3、4號機(jī)組正在施工。1、2號機(jī)組投運(yùn)以來，前期印方反映我方冷一次風(fēng)流道設(shè)計不平衡（風(fēng)道設(shè)計為“F”型布置），影響2臺風(fēng)機(jī)平衡運(yùn)行，應(yīng)要求，我方專門就此問題進(jìn)行了CFD（數(shù)字模擬）分析，并已將相關(guān)分析報告提交印方。后期現(xiàn)場反映冷一次風(fēng)、運(yùn)行中振動劇烈，風(fēng)機(jī)出口金屬膨脹節(jié)破裂、風(fēng)道加固肋斷裂、風(fēng)道鋼板破裂。為解決該問題，特派技術(shù)人員赴現(xiàn)場對振動情況進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研，并根據(jù)調(diào)研情況提出相關(guān)解決方案。

2.印度現(xiàn)場1、2號機(jī)組冷一次風(fēng)道振動調(diào)研情況

2.1基本條件

為便于報告閱讀，先將有關(guān)坐標(biāo)方向及設(shè)備編號做基本設(shè)定。

坐標(biāo)方向定義如下：X向為從擴(kuò)建端指向固定端；Y向為從汽機(jī)房指向鍋爐房；Z向為從0米向上。表格中的振動值均為絕對值，不考慮坐標(biāo)軸方向。設(shè)備標(biāo)號定義如下：A風(fēng)機(jī)為靠近汽機(jī)房側(cè)的風(fēng)機(jī)；B風(fēng)機(jī)為靠近煙囪側(cè)的風(fēng)機(jī)。測量儀器為印方的振動速度測試儀，該儀器僅能測量振動速度，無法測量振動頻率及振幅，有可能在高頻低振幅和低頻高振幅情況下測出的振動速度值接近，因此必須參考人在現(xiàn)場的觸感判斷。另外，該儀器的測試精度無法判斷，部分?jǐn)?shù)據(jù)有一定的隨機(jī)性（相同點2次測試有可能有較大差異），但通過大量數(shù)據(jù)的采集，基本可以判定變化趨勢。數(shù)據(jù)表中不同坐標(biāo)值的風(fēng)道測點振動速度值為冷風(fēng)道不同方向面板的振動值，不是同一點的不同方向振動值。

2.2冷一次風(fēng)道系統(tǒng)運(yùn)行初步情況

現(xiàn)場1號機(jī)組停機(jī)，2號機(jī)組正常運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷在～123MW。在運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺觀察10.25m冷一次風(fēng)管道的運(yùn)行情況，觸摸管壁有明顯振動，各區(qū)域振感不均勻，在加固肋間距較小的區(qū)域和A風(fēng)機(jī)聯(lián)至水平管道的彎頭弧形壁面振動較小；另外，在靠近固定支架附近的管道壁面也振動較??；站立在冷一次風(fēng)道頂板感覺振動劇烈，主觀感受在混合聯(lián)箱頂板處振動更大。冷一次風(fēng)道加固肋、壁板多處存在破裂現(xiàn)象，加固肋施工質(zhì)量較差，部分加固肋在直角連接部位焊接質(zhì)量較差，或存在割縫等現(xiàn)象，減弱了加固肋強(qiáng)度，也偏離了我方選型計算時的剛接力學(xué)模型。在集控室DCS畫面中觀察了運(yùn)行工況，2號機(jī)組運(yùn)行中2臺一次風(fēng)機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉開度有一定差異，A風(fēng)機(jī)開度為48%，B風(fēng)機(jī)開度為75%。據(jù)運(yùn)行人員介紹，開度的差異并非是由于風(fēng)道布置引起的，實際原因是A風(fēng)機(jī)振動較大，為控制檢測點的振動值認(rèn)為降低A風(fēng)機(jī)負(fù)荷，而加大了B風(fēng)機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉開度。

2.32號機(jī)組冷一次風(fēng)道振動情況

印方技術(shù)人員攜帶振動速度測試儀現(xiàn)場測量，對2號機(jī)冷一次風(fēng)道上選點測量了振動速度值，各點編號圖參見附圖，振動速度值參見附表。

2.4冷一次風(fēng)道立管振動情況

由于現(xiàn)場不具備條件，前期主要對運(yùn)轉(zhuǎn)層以上的水平管道振動值進(jìn)行了測量。為了更好地判定振動原因，需要了解實際立管段振動情況，工作人員親自爬上1、2號機(jī)組冷一次風(fēng)的立管感受振動情況。根據(jù)現(xiàn)場的實際感受，冷一次風(fēng)道立管部分振動很小。

3.印度項目1、2號機(jī)組冷一次風(fēng)道振動問題分析

3.1現(xiàn)場冷一次風(fēng)道振動情況分析

通過現(xiàn)場實測的振動值及人的主觀觸感判斷，冷一次風(fēng)道存在明顯的振動情況。冷一次風(fēng)道本體加固肋、壁板等多處出現(xiàn)振斷、振裂情況。通過對振動值的分析可以看出，在運(yùn)轉(zhuǎn)層以上的水平管道振動較為強(qiáng)烈，立管部分振動相對較弱，這主要是由于水平管道與立管之間設(shè)有固定支架，這一現(xiàn)象也從另一個方面表明，振動源應(yīng)在水平段，并主要由水平段傳遞至立管段。

現(xiàn)場在A一次風(fēng)機(jī)單臺運(yùn)行時，即發(fā)生了較強(qiáng)的振動，實測的振動值與高負(fù)荷的振動值接近，并且單A風(fēng)機(jī)運(yùn)行時進(jìn)口導(dǎo)葉開度在～25%左右，負(fù)荷較低；B風(fēng)機(jī)單獨運(yùn)行時也發(fā)生了振動，總體振動情況弱于A風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況，但2種工況振動的最大值基本都出現(xiàn)在混合聯(lián)箱處。通過分析上述現(xiàn)象可以初步判斷，振動的主要原因不是2臺風(fēng)機(jī)的氣流互相擾動引起的，并且主要振動源可能在聯(lián)箱位置。運(yùn)行人員介紹實際運(yùn)行B風(fēng)機(jī)振動較大，A風(fēng)機(jī)振動較小，因此認(rèn)為降低了B風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，而調(diào)大A風(fēng)機(jī)的負(fù)荷。由于B風(fēng)機(jī)是靠近混合聯(lián)箱的風(fēng)機(jī)，從另一方面也印證了混合聯(lián)箱部位是振動源?，F(xiàn)場實測及觸感表明水平直管道壁板振動較大，很可能存在共振因素，另外施工質(zhì)量較差，加固肋的人為破壞也是原因之一。另外在現(xiàn)場的觀測表明，振動的傳遞具有一定的方向性，在運(yùn)轉(zhuǎn)層以上的水平管道，X向振動的傳遞較弱，Y向振動的傳遞較強(qiáng)，現(xiàn)象之一是接入空預(yù)器的直管（膨脹節(jié)前）的振動明顯減弱。

3.2印度項目與同等項目冷風(fēng)道設(shè)計特點比較

為解決該問題，技術(shù)人員赴山東電廠調(diào)研（該廠冷風(fēng)道布置與印度項目類似）在山東電廠的調(diào)研未發(fā)現(xiàn)冷風(fēng)道振動現(xiàn)象，站在鍋爐運(yùn)行層用手觸摸風(fēng)道外壁有輕微振動，屬于正?，F(xiàn)象?？諝忸A(yù)熱器入口非金屬補(bǔ)償器曾經(jīng)破裂過，而后進(jìn)行了更換，未再發(fā)生問題；經(jīng)過咨詢，混合彎頭處，現(xiàn)場也從未設(shè)置過導(dǎo)流板或進(jìn)行過改造。現(xiàn)場觀察到，風(fēng)道加固肋的制造比較嚴(yán)謹(jǐn)，風(fēng)道的角部均按照設(shè)計院的要求，設(shè)置為剛接加固肋，而印度現(xiàn)場均為鉸接加固肋?？傮w而言，電廠認(rèn)為風(fēng)道不存在振動現(xiàn)象，風(fēng)機(jī)的出力也比較均勻印度項目與山東項目冷一次風(fēng)道采用了類似的布置格局，但山東項目冷一次風(fēng)道運(yùn)行情況良好，而印度項目冷一次風(fēng)道出現(xiàn)了明顯的振動情況。并且從DCS截屏可以看出，山東項目風(fēng)機(jī)出口壓力為15.7kPa，而印度項目風(fēng)機(jī)出口壓力為11.5kPa，山東項目冷一次風(fēng)參數(shù)更高。通過比較兩個項目的設(shè)計細(xì)節(jié)，發(fā)現(xiàn)在混合聯(lián)箱處的布置設(shè)計有較大區(qū)別。兩個項目在混合聯(lián)箱處的平、斷面圖見下圖。

從以上附圖可以明顯看出，山東項目B風(fēng)機(jī)立管至混合聯(lián)箱的連接為平滑過渡，即邊緣處立管管壁與混合聯(lián)箱管壁在同一平面上；而印度項目B風(fēng)機(jī)立管至混合聯(lián)箱的連接端部存在一段盲管，其長度為880mm，此段盲管在氣流作用下會形成具備強(qiáng)烈的渦流，由于風(fēng)機(jī)氣流存在一定脈動，渦流也將形成壓力脈動波，從而引起風(fēng)道振動。另外，通過冷一次風(fēng)管道施工圖的對比，印度項目的加固肋設(shè)計與山東項目也偏小，印度項目在立管段和2臺風(fēng)機(jī)之間的水平段采用的是70號角鋼加固肋；而山東項目在同樣位置采用的是16號槽鋼。這樣的設(shè)計差別造成了管道強(qiáng)度及頻率特性的較大差別。

3.3CFD（數(shù)字模擬）結(jié)果分析

為了分析印度項目冷一次風(fēng)道的氣流特性，與相關(guān)院校配合進(jìn)行了CFD（流體數(shù)字模擬）試驗。

從模擬結(jié)果可以看出，在混合聯(lián)箱2個死角區(qū)域存在明顯的漩渦區(qū)，說明混合聯(lián)箱區(qū)域的強(qiáng)漩渦引起振動的可能性較大。

3.4.印度項目冷一次風(fēng)道振動問題分析結(jié)論

根據(jù)以上分析，認(rèn)為印度項目冷一次風(fēng)道振動的原因如下：1）主要原因是由于混合聯(lián)箱空氣動力學(xué)設(shè)計不合理，存在明顯的死區(qū)，從而在運(yùn)行時形成強(qiáng)漩渦引起振動；2）冷一次風(fēng)道加固肋設(shè)計未按振動條件選型，加固肋型號偏?。?）現(xiàn)場施工質(zhì)量較差。加固肋角部焊接質(zhì)量差，未形成剛性連接，與設(shè)計條件有出入；多處加固肋人為切斷，降低了管道強(qiáng)度。

4.采取的處理措施

針對現(xiàn)場反饋、機(jī)組安裝進(jìn)度及投產(chǎn)情況，基于對風(fēng)道自振頻率與風(fēng)機(jī)氣流脈動頻率、風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率一致發(fā)生共振的擔(dān)心，我們考慮了如下處理措施：1）方案一，現(xiàn)有加固肋型號及位置保持不變，所有截面均增加內(nèi)撐桿，內(nèi)襯桿規(guī)格宜選用φ60*4.5或φ76*4，風(fēng)道自振頻率有很大幅度的提升，此方案對于“風(fēng)道在鍋爐鋼架內(nèi)尚未連接組裝或者風(fēng)道尚在鍋爐0m庫存的機(jī)組”進(jìn)行實施相對容易；2）方案二，增設(shè)外部加固肋，至少采用槽鋼16a，此方案建議針對現(xiàn)場工程施工中機(jī)組實施，將風(fēng)機(jī)出口補(bǔ)償器更換為非金屬補(bǔ)償器；3）以上兩個方案，均要求冷一次風(fēng)機(jī)出口補(bǔ)償器應(yīng)由金屬補(bǔ)償器修改為非金屬補(bǔ)償器；4）在混合聯(lián)箱增加導(dǎo)流板解決近端的風(fēng)機(jī)存在的渦流現(xiàn)象；5）要求現(xiàn)場提高施工質(zhì)量。

5.結(jié)束語

根據(jù)以上方案的實施，工程現(xiàn)場基本改善了冷一次風(fēng)道的振動問題，風(fēng)道振動的原因是多方面綜合性的，我們要在解決問題的同時進(jìn)行相關(guān)試驗研究，總結(jié)經(jīng)驗，避免后續(xù)工程出現(xiàn)類似情況，對工程造成不必要的損失和困擾。

（作者單位：中國電力建設(shè)工程咨詢中南有限公司）