除氧器給水泵入口管道振動評估及治理

張軼桀楊 佳郝 劍楊海松陳忠兵

（1．神華三河發(fā)電有限責(zé)任公司 廊坊 065201）

（2．蘇州熱工研究院有限公司 蘇州 215004）

除氧器給水泵入口管道振動評估及治理

張軼桀1楊 佳2郝 劍1楊海松1陳忠兵2

（1．神華三河發(fā)電有限責(zé)任公司 廊坊 065201）

（2．蘇州熱工研究院有限公司 蘇州 215004）

通過現(xiàn)場勘查和應(yīng)力校核，掌握機組給水泵入口管道的振動特性。通過結(jié)果分析，制定了調(diào)整管道原有水平限位支架、增設(shè)有條件限位支架的治理方案，支吊架經(jīng)調(diào)整后，管道振動水平顯著降低，管道剛度有效提升。

現(xiàn)場勘察 應(yīng)力校核 汽動給水泵 振動特性

除氧器是混合加熱設(shè)備，需要通過鍋爐給水泵提高其內(nèi)部壓力將工質(zhì)輸入鍋爐，鍋爐給水泵的拖動方式分為電動與汽動二種。汽動給水泵的正常運行主要依靠主蒸汽通過給水泵入口管道輸入內(nèi)部小汽輪機從而帶動機器運轉(zhuǎn)。其入口管道因此成為維護(hù)機組正常運行的關(guān)鍵部件之一。

某電廠一期兩臺日本三菱產(chǎn)350MW燃煤亞臨界發(fā)電機組，分別于1999年12月和2000年4月投產(chǎn)運行，機組運行后未定期進(jìn)行系統(tǒng)的全管系支吊架檢驗、校核和調(diào)整。2012下半年，在廠內(nèi)汽機專責(zé)工程師例行巡檢過程中發(fā)現(xiàn)#1機組汽動給水泵入口管道在低負(fù)荷運行時，存在明顯振動現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場勘查，初步判斷該振動現(xiàn)象是由管道支吊架設(shè)計、安裝或運行等原因造成的管系平衡異常。

已有研究表明[1-3]：管道振動是造成材料疲勞損傷、影響管道相連設(shè)備正常運轉(zhuǎn)、干擾管道測量裝置記錄數(shù)據(jù)的重要影響因素，導(dǎo)致管道局部應(yīng)力大幅提升，加速材質(zhì)老化，嚴(yán)重時會導(dǎo)致管道局部產(chǎn)生較大變形，最終引起管道失效。為避免汽動給水泵入口周邊管系發(fā)生進(jìn)一步損傷，相關(guān)技術(shù)人員立即在管系應(yīng)力計算校核與支吊架狀態(tài)檢驗評估的基礎(chǔ)上，對管系支吊架進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整，優(yōu)化管系總體應(yīng)力水平，消除安全隱患，以保障管道及相關(guān)設(shè)備運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

1 檢驗計算過程

#1機組由#11、#12給水前置泵至#11、#12汽動給水泵分別布有兩條入口管道，管道相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 入口管道設(shè)計參數(shù)

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[4]要求，技術(shù)人員在管道發(fā)生明顯振動時，可對管道系統(tǒng)進(jìn)行目測檢查,發(fā)現(xiàn)問題后，在進(jìn)行應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上，可采取措施消振，并對支吊架進(jìn)行調(diào)整。

1.1 現(xiàn)場勘察

經(jīng)對#1機組四大管道支吊架初步檢驗發(fā)現(xiàn)：管系中部分支吊架已損壞失效，其中低壓旁路管道支吊架的問題尤為嚴(yán)重；且原設(shè)計資料中存在計算管種與設(shè)計管種不一致；無系統(tǒng)、獨立的管道支吊點參數(shù)匯總等問題。

1.2 應(yīng)力校核

參考設(shè)計資料，對#1機組高溫再熱蒸汽管道和低壓旁路管道進(jìn)行管系應(yīng)力及支吊架強度校核計算，運用專用軟件Caesar II對高溫再熱蒸汽及低壓旁路系統(tǒng)、高壓給水管道系統(tǒng)進(jìn)行建模，如圖1、圖2所示。

圖1 高溫再熱蒸汽及低壓旁路系統(tǒng)模型圖

圖2 高壓給水系統(tǒng)模型圖

經(jīng)計算，得到高溫再熱蒸汽及低壓旁路段管道一、二次應(yīng)力計算校核情況（見表2）。

表2 高溫再熱蒸汽及低壓旁路系統(tǒng)應(yīng)力校核結(jié)果

高壓給水管道一、二次應(yīng)力計算校核情況見表3。

表3 高壓給水系統(tǒng)應(yīng)力校核結(jié)果

校核計算結(jié)果表明：管系應(yīng)力合格、管道支吊架設(shè)計布置較為合理。但高溫再熱蒸汽管道部分位置應(yīng)力較大，強度余量較小，需對該管系加強監(jiān)督，保證管道支吊架狀態(tài)正常。

2 振動原因分析

綜合機組運行期間對#1機組汽動給水泵兩條入口管道進(jìn)行的設(shè)計、安裝、運行情況調(diào)研，應(yīng)力計算檢驗結(jié)果，以及管道振動的宏觀檢測，歸納發(fā)現(xiàn)以下問題：

1）#11汽動給水泵入口管道的FBPD1H-7支吊架和#12汽動給水泵入口管道的FBPD2H-9支吊架安裝與設(shè)計不符，缺少原設(shè)計中的槽鋼梁，同時各缺少三個限位支座；

2）#11汽動給水泵入口管道的FBPD1H-4支吊架和#12汽動給水泵入口管道的FBPD2H-6支吊架存在限位支板與座板間隙偏大等問題；

3）#12汽動給水泵入口管道的FBPD2H-2支吊架在原設(shè)計中的z方向限位未安裝；

4）#11汽動給水泵入口管道的振動幅度汽泵側(cè)較大，前置泵側(cè)較小，且以z方向（爐機方向）振動為主，最大振幅約0.5mm，主頻約5Hz；

5）#12汽動給水泵入口管道的振動幅度汽泵側(cè)較大，前置泵側(cè)較小，F(xiàn)BPD2H-6支吊架之后管道以x方向（廠房方向）振動為主，F(xiàn)BPD2H-6至FBPD2H-4支吊架間管道以z方向振動為主，F(xiàn)BPD2H-4支吊架之前管道又以x方向振動為主，管道振動最大振幅約1.0mm，主頻約3Hz；

6）兩汽動給水泵入口管道在低負(fù)荷時振動較滿負(fù)荷時振動大。

3 治理措施

管道振動的危害主要表現(xiàn)在管道的振動位移幅度上，它與振動在管道上產(chǎn)生的動應(yīng)力直接相關(guān)、呈正比關(guān)系。在擾動頻率頻帶很寬的前提下，系統(tǒng)剛度越小，其響應(yīng)的振動位移幅度越大。

管系的振動治理可從改善汽流流場和改善汽動給水泵入口管道振動固有特性兩方面入手，而改善汽動給水泵入口管道的振動固有特性是適合于該廠實施并達(dá)到顯著改善的處理方法。

改善機組汽水管道固有振動特性的主要方法是增減管道約束，改變管系剛度和阻尼。對較低頻率的管道振動，通常采用增加管道剛度的方法以治理。具體處理方法如下：

3.1 修整管道原有水平限位支架

現(xiàn)場檢查過程中發(fā)現(xiàn)：FBPD1H-7、FBPD2H-9支吊架安裝與設(shè)計存在不符；FBPD1H-4、FBPD2H-6支吊架存在間隙偏大問題，對這四只水平雙向限位支架進(jìn)行修整，以保證限位支架的止振功能。

3.2 有條件增設(shè)限位支架

應(yīng)力計算結(jié)果表明：汽動給水泵入口管道的振動能量較大，為保證振動治理效果，須進(jìn)一步加強管道剛度，并保證通過實施治理措施管道應(yīng)力合格，因此制定增設(shè)有條件限位支架的治理措施。

1）增設(shè)的有條件限位支架留有熱態(tài)至冷態(tài)的位移行程，允許管道正常的冷熱態(tài)位移，冷態(tài)下對管道無作用力，熱態(tài)下對管道僅存在較小預(yù)緊力；由于所增設(shè)的有條件限位支架都設(shè)置在治理前管道振動幅度較大位置，因此對管系的剛度有較大提高。

2）當(dāng)管線有較小變化，或限位支架部件間螺紋有較小松動時，有條件限位支架就會減弱或失去減振限位作用，因此需每半年定期檢驗所增設(shè)的有條件限位支架剛性連桿是否松弛、剛性連桿鎖緊螺母是否松動。如發(fā)現(xiàn)松弛、松動現(xiàn)象應(yīng)及時按原始施工圖熱態(tài)調(diào)整要求處理。

振動治理實施機組正常運行后對汽動給水泵入口管道進(jìn)行了宏觀檢驗，檢驗各種負(fù)荷工況汽動給水泵入口管道都沒有可觀察到的振動現(xiàn)象。且機組運行幾個月后，管系保溫?zé)o受振動松動開裂現(xiàn)象，治理效果明顯。

4 結(jié)論

1）#1機組汽動給水泵入口管道的振動主要是由汽泵內(nèi)和汽泵入口范圍內(nèi)介質(zhì)擾動激勵造成；

2）管道內(nèi)介質(zhì)在管線變化處及管件處的擾動激勵對管道振動有一定作用；

3）管道水平限位支吊架安裝的不完善致使管道剛度較設(shè)計低，加大了管道對介質(zhì)擾動的耦合；

4）結(jié)合調(diào)研、檢驗、管道振動特點分析結(jié)果和管道及廠房的空間布置，并考慮管道運行的安全性，設(shè)計制定的修整管道原有水平限位支架、增設(shè)有條件限位支架的振動治理措施有效抑制了振動問題；

5）為保證振動治理效果持久性，廠內(nèi)技術(shù)專責(zé)應(yīng)定期檢驗所增設(shè)有條件限位支架的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，保障機組安全正常運行。

[1] 童剛，張野，候爽，等．汽動給水泵出口閥振動原因分析[J]．熱力發(fā)電，2009，38(8)：98-101．

[2] 周金順．可門電廠2A汽動給水泵振動故障的分析和處理[J]．汽輪機技術(shù)，2011，53(3)：37-40．

[3] 唐永進(jìn)．壓力管道應(yīng)力分析[M]．北京：中國石化出版社，2010：179-198．

[4] DL/T 616—2006 火力發(fā)電廠汽水管道與支吊架維修調(diào)整導(dǎo)則[S]．

[5] 杜建英，張紅兵，宋一樂.汽水管道振動診斷與評價研究[J].中國特種設(shè)備安全，2006，12：16-19.

[6]陳梅.嶺澳核電站給水泵相關(guān)管道振動的原因及處理[J].電力建設(shè)，2004，11：20-23+25.

Vibration Evaluation and Preventive of Inlet Pipeline of Feed Water Pump in Deaerator

Zhang Yijie1Yang Jia2Hao Jian1Yang Haisong1Chen Zhongbing2
(1. Shenhua Sanhe Power Generation CO., LTD. Langfang 065201)
(2. Suzhou Nuclear Power Research Institute Co., Ltd. Suzhou 215004)

Through site investigation and stress check, the vibration characteristic of feed water pump’s inlet pipeline was mastered. After the analysis of the results, a preventive scheme was worked out, that formulated technical solutions to adjust the original piping horizontal limit supports, and increase conditional limit supports. The scheme significantly reduced pipe vibration level, and improved the pipeline stiffness after adjustment.

Site investigation Vibration calculation Feed water pump Vibration characteristic

X933.2

B

1673-257X(2015)09-0044-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.09.009

張軼桀（1960～),男,本科，高級工程師，從事電廠金屬技術(shù)監(jiān)督，設(shè)備調(diào)試方面的研究工作。

2015-03-11）