高加放水管道振動(dòng)分析及對(duì)策

唐暢　王智　周麗

摘 要：本文對(duì)供熱工程高壓加熱器緊急放水管道異常振動(dòng)情況進(jìn)行分析，認(rèn)為振動(dòng)與汽液兩相流、蒸汽進(jìn)入疏水管道、支吊架設(shè)計(jì)不合理、疏水管道管徑過大、水沖擊等因素有關(guān)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)排查，確定水沖擊是導(dǎo)致管道振動(dòng)的主要原因?，F(xiàn)場(chǎng)通過增加支吊架的方式，消除了水沖擊，管道異常振動(dòng)情況也得以解決。

關(guān)鍵詞：高加；管道振動(dòng)；水沖擊

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.090

1 前言

開封供熱改造工程試運(yùn)行時(shí)，高壓加熱器緊急疏水管道振動(dòng)劇烈，部分位置管道支座脫離支墩。為保證供熱期按時(shí)供熱，設(shè)計(jì)人員對(duì)疏水管道異常振動(dòng)的原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)對(duì)策。

2 工程概況

國(guó)家電投河南電力有限公司開封發(fā)電分公司位于開封市東郊土柏崗鄉(xiāng)李樓村北側(cè)，2×630MW機(jī)組工程場(chǎng)地位于開封分公司老廠東部、開豎窄軌鐵路的末端站土柏崗站的西側(cè)、開蘭河以南、310 國(guó)道以北側(cè)的區(qū)域內(nèi)。2013 年對(duì)#1、#2 機(jī)組進(jìn)行了工業(yè)抽汽改造，汽輪機(jī)本體中低壓聯(lián)通管改造已完成，每臺(tái)機(jī)組預(yù)留 400t/h 采暖供汽能力。本次供熱改造擬將#1、#2機(jī)組改造為開封市集中供熱熱源點(diǎn)，利用工業(yè)抽汽改造預(yù)留的采暖抽汽接口為開封市區(qū)提供采暖熱源，實(shí)施集中供熱。

開封供熱工程設(shè)計(jì)最大熱負(fù)荷為 564.34MW。采暖供熱系統(tǒng)抽汽采用中低壓連通管方案，全廠平均采暖供汽量為最大800t/h。廠內(nèi)設(shè)熱網(wǎng)首站，由首站至隔壓換熱站的管網(wǎng)為一級(jí)網(wǎng)，設(shè)計(jì)壓力為1.6MPa，設(shè)計(jì)供回水溫度為130/70℃，設(shè)計(jì)流量約為8100t/h。高壓加熱器是換熱系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備，將熱水從80℃提升到130℃后送出。本工程高加正常疏水至凝汽器，緊急疏水至冷卻塔前池。系統(tǒng)在第一個(gè)采暖季運(yùn)行時(shí)，1號(hào)高加有換熱管爆裂，高加水位達(dá)到高三值，開啟電動(dòng)門緊急疏水，控制水位。高加緊急疏水投入后，緊急疏水管道振動(dòng)劇烈，部分位置管道支座脫離支墩。

3 原因分析

本次供熱改造工程包括采暖供熱首站、熱網(wǎng)補(bǔ)水除氧、凈水及化水處理、供電裝置及輔助系統(tǒng)以及廠內(nèi)相關(guān)管網(wǎng)。投入試運(yùn)行后，高壓加熱器出現(xiàn)故障。首先是高壓加熱器部分換熱管爆裂。經(jīng)設(shè)計(jì)院與設(shè)備生產(chǎn)廠家現(xiàn)場(chǎng)會(huì)診，確認(rèn)是設(shè)備本體問題。通過更換厚壁耐壓加熱管后，問題得到解決。其次是高加緊急疏水管異常振動(dòng)。造成這種情況的原因較復(fù)雜，下面詳細(xì)分析。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋，疏水管道大，電動(dòng)閥門（開關(guān)型）全開后，液位下降很快，不確定是否因?yàn)檎羝M(jìn)入疏水管道[1]，造成介質(zhì)及參數(shù)超出設(shè)計(jì)值，位移增大，進(jìn)而脫落。疏水管道介質(zhì)是否產(chǎn)生汽液兩相流[2]，造成管道振動(dòng)。支吊架設(shè)計(jì)不合理，缺乏有效的約束也可能造成管道振動(dòng)[3]。疏水管道路徑長(zhǎng)，且閥后處于空管狀態(tài)，是否因?yàn)閺濐^的阻礙流動(dòng)特性[4]，水沖擊造成的振動(dòng)。

4 處理措施及效果

首先設(shè)計(jì)核查管徑。因換熱首站距離主廠房汽機(jī)很遠(yuǎn)，無需考慮汽輪機(jī)進(jìn)水因素。按疏水流量240t/h考慮10%余量264t/h計(jì)算管徑DN300下流速為1.0m/s，屬于正常范圍，管徑選擇沒有問題。

核查電動(dòng)閥門動(dòng)作時(shí)間是否足夠?，F(xiàn)場(chǎng)反饋電動(dòng)門為開關(guān)型，完成一次開、關(guān)動(dòng)作需2min以上，這時(shí)疏水已經(jīng)排完，蒸汽進(jìn)入管道，造成管道位移大，且形成汽液兩相流。根據(jù)高加資料，高加高Ⅲ水位時(shí)水容積為18m3。按管道截面φ325x7.5，流速1m/s計(jì)算，忽略這段時(shí)間內(nèi)新產(chǎn)生的疏水，水全部放空需要240s即4min。即使因?yàn)楣艿雷枇π?，流速增加?m/s，也需要2min鐘才能放空。故電動(dòng)門的動(dòng)作時(shí)間是足夠的，且開關(guān)閥門時(shí)，會(huì)有一定的節(jié)流作用，按全通徑計(jì)算留有余量。設(shè)計(jì)方從保守角度出發(fā)，要求電動(dòng)門改成點(diǎn)動(dòng)控制，帶中停功能，可有效控制流量及動(dòng)作時(shí)間。一般高加水位達(dá)到高Ⅲ水位時(shí)，加熱蒸汽進(jìn)汽門應(yīng)執(zhí)行關(guān)閉動(dòng)作，高加內(nèi)即使殘留部分蒸汽，也會(huì)隨著體積的增大到達(dá)大氣壓，即使進(jìn)入疏水管道也無流動(dòng)動(dòng)能，無法造成汽液兩相流。

排除汽液兩相流的可能性，查高加資料，疏水溫度為90℃，即使在大氣壓下，也不會(huì)發(fā)生汽化現(xiàn)象。

核查支吊架。核查支吊架時(shí)發(fā)現(xiàn)，大致組合為滑動(dòng)架和導(dǎo)向架結(jié)合。為安全起見，在排入冷卻塔水池接口處，增加了限位措施。

通過以上整改措施后，電廠又一次發(fā)生高加爆管事故，投入高加危急疏水。管道振動(dòng)有所降低，但局部仍有跳動(dòng)，并錄下視頻。

通過視頻分析，管道為脈沖型波動(dòng)，動(dòng)作時(shí)間短，速度快，進(jìn)一步排除了管道位移因素，因管道位移是一個(gè)連續(xù)的膨脹過程。管道振動(dòng)均發(fā)生在彎頭處。分析原因?yàn)楣艿罏榭展埽s1MPa壓力的疏水進(jìn)入管道后，壓力降低，流速增加，動(dòng)能增加，遇到彎頭等阻力元件時(shí)，動(dòng)能降低，降低的動(dòng)能作用在彎頭處，形成沖擊力，也可以稱之為盲板力。因管道設(shè)計(jì)溫度不高，設(shè)計(jì)通過針對(duì)性修改，在彎頭處，增加了固定支架。經(jīng)過此次修改后，振動(dòng)問題得到根治。因此判斷，水沖擊沒有固定支架來消除沖擊力，故產(chǎn)生了跳動(dòng)及脫落。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程高加緊急放水，未考慮采用固定支架抵消水在長(zhǎng)距離空管流動(dòng)時(shí)因壓力高而產(chǎn)生的沖擊力。建議在以后的類似工程中，尤其是長(zhǎng)距離空管高壓疏水，需注意設(shè)置固定支架，抵消彎頭或阻力元件處的水沖擊力。

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作者簡(jiǎn)介：唐暢（1982-），男，湖南岳陽(yáng)人，本科，工程師，從事電廠設(shè)計(jì)及研究工作。