熱電廠主蒸汽管道振動原因分析及治理

常繼平 姚衛(wèi)星

摘 要：目前，燃煤熱電廠仍然是我國電力和熱力生產(chǎn)的主要形式，主蒸汽管道作為汽水系統(tǒng)的主要管道，直接關(guān)系著熱電廠的安全運(yùn)行，主蒸汽管道在運(yùn)行過程中會出現(xiàn)各種故障問題，最為常見的是主蒸汽管道的振動故障。本文主要以某熱電廠主蒸汽管道為例，系統(tǒng)性地分析了該廠主蒸汽管道振動產(chǎn)生的原因，并提出了治理主蒸汽管道振動的具體措施。

關(guān)鍵詞：主蒸汽；管道；振動；原因

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.155

在熱電廠運(yùn)行過程中，主蒸汽管道發(fā)生振動的主要原因是主蒸汽管道的固有頻率和激振力頻率一致，進(jìn)而使得主蒸汽管道發(fā)生共振現(xiàn)象。通過對主蒸汽管道進(jìn)行模態(tài)分析、應(yīng)力校核計(jì)算，技術(shù)人員通過增加主蒸汽管道減振裝置，以此來改變主蒸汽管道的固有頻率，這樣能夠避免管道產(chǎn)生共振現(xiàn)象，并且主蒸汽管道振動幅度顯著降低。

1 主蒸汽管道振動概述

某熱電廠投運(yùn)一段時間后，為了能夠有效地減少主蒸汽調(diào)節(jié)門的節(jié)流損失，實(shí)現(xiàn)提高機(jī)組發(fā)電效率的目的，將主蒸汽管道由單閥運(yùn)行方式改造成為效率較高的順序閥運(yùn)行方式。機(jī)組以順序閥方式運(yùn)行時，主蒸汽管道振動的幅度較大，振動的頻率也明顯上升，這就使得機(jī)組不能以順序的方式正常地運(yùn)行，從而極大地影響了全廠的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

通過現(xiàn)場的檢修、維護(hù)，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)：當(dāng)機(jī)組以單閥的順序進(jìn)行運(yùn)行時，主蒸汽管道的主振頻率約為0.8Hz，并且以低頻振動為主，而當(dāng)機(jī)組以順序閥的方式運(yùn)行時，主蒸汽管道的主振頻率約為2Hz，可以發(fā)現(xiàn)主蒸汽管道的振動幅度顯著地增大。

2 主蒸汽管道振動原因分析

主蒸汽管道振動最主要的原因是由于主蒸汽管道的激振力造成的，相關(guān)研究表明：當(dāng)主蒸汽管道的固有頻率和激振力一致時，主蒸汽管道將會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，并且其振動幅度和頻率將會明顯地增加，從而危及機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

當(dāng)進(jìn)行主蒸汽管道設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)人員主要關(guān)注的是管道的荷載承受力是否合理、應(yīng)力是否滿足運(yùn)行需要等，但是往往忽略了主蒸汽管道的振動問題，一旦主蒸汽流動特性不穩(wěn)定時，那么當(dāng)主蒸汽流過彎頭、閥門和三通時，就會產(chǎn)生激振力，這樣就會造成主蒸汽管道發(fā)生振動。當(dāng)機(jī)組以單閥運(yùn)行時，主蒸汽管道產(chǎn)生的振動幅度通常比較小，發(fā)生的頻率也比較低，但當(dāng)機(jī)組以順序閥的方式運(yùn)行時，由于管道固有頻率和激振力頻率相接近，這就非常容易引起管道發(fā)生共振現(xiàn)象，這樣就有必要對主蒸汽管道進(jìn)行固有頻率的計(jì)算。本文主要是通過專業(yè)軟件對主蒸汽管道進(jìn)行了系統(tǒng)性的模態(tài)分析和應(yīng)力校核計(jì)算。模態(tài)分析的結(jié)果發(fā)現(xiàn)主蒸汽管道第1階振動型式主要以水平X方向?yàn)橹?，并且?階固有頻率約為2.3Hz，主蒸汽管道第2階振動型式主要以Y方向?yàn)橹?，如?所示。

模態(tài)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)：主蒸汽管道第1階和第2階固有頻率相對應(yīng)的振動型式和現(xiàn)場觀察到的管道特征相一致。因此，一旦機(jī)組采用順序閥的運(yùn)行方式時，那么將會導(dǎo)致主蒸汽管道的激振力頻率和固有頻率相一致，使得主蒸汽管道發(fā)生了共振現(xiàn)象，這將會導(dǎo)致主蒸汽管道振動的幅度顯著地增大，振動頻率明顯地增多。

3 主蒸汽管道振動的治理措施

為了能夠找出主蒸汽管道發(fā)生振動的原因，主要的技術(shù)路線是通過改變主蒸汽管道的固有頻率，這樣就使得主蒸汽管道的固有頻率偏離激振力頻率，從而能夠避免主蒸汽管道發(fā)生共振現(xiàn)象，進(jìn)而降低主蒸汽管道振動幅度的目的。固有頻率主要和主蒸汽管道的剛度和質(zhì)量有關(guān)，如果要想使得管道避免共振現(xiàn)象的發(fā)生，那么技術(shù)人員就需要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整主蒸汽管道的質(zhì)量和剛度，從而使得固有頻率偏離激振力頻率。由于機(jī)組已經(jīng)投運(yùn)，主蒸汽管道的質(zhì)量不容易發(fā)生改變，那么只能通過調(diào)整主蒸汽管道的剛度來達(dá)到消除主蒸汽管道振動的目的。通常情況下，主蒸汽管道的剛度主要和管徑、壁厚、彎頭數(shù)量、支吊架狀況等因素有關(guān)，并且管徑、壁厚和彎頭數(shù)量并不容易進(jìn)行改變，那么在保證主蒸汽管道應(yīng)力滿足機(jī)組運(yùn)行的前提下，就可以通過增減減振裝置來調(diào)整主蒸汽管道的剛度。

對于經(jīng)常發(fā)生共振現(xiàn)象的主蒸汽管道，可以通過以下措施來解決振動現(xiàn)象的發(fā)生：第一，可以在主蒸汽管道上增加減振裝置；第二，對原有的減振裝置進(jìn)行二次改造；第三，增加阻尼器；第四，更換部分支吊架。綜合現(xiàn)場分析的結(jié)果和模態(tài)分析結(jié)果，本工程主要是采用上述四種方式進(jìn)行主蒸汽系統(tǒng)的調(diào)整，從而很好地解決了主蒸汽管道發(fā)生振動的問題。此外，模態(tài)分析的結(jié)果表明，增加減振裝置后，顯著地增大了主蒸汽管道的固有頻率，第1階的固有頻率增大為3.7Hz（見表2），那么就能夠使得產(chǎn)生共振的第1、2階振動型式不再發(fā)生，實(shí)質(zhì)上是提高了主蒸汽管道的剛度，這樣就有效地消除了主蒸汽管道的共振現(xiàn)象。

4 結(jié)語

綜上所述，造成主蒸汽管道發(fā)生共振的原因有很多，激振力是常見的主要形式，一旦激振力頻率和管道的固有頻率相一致時，主蒸汽管道將會發(fā)生共振現(xiàn)象，通常采取的措施是采取有效的措施來改變管道的固有頻率來避免振動現(xiàn)象的發(fā)生，本文研究結(jié)果表明，改變主蒸汽管道的固有頻率是可行，能夠保證主蒸汽管道的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒本艷.汽輪發(fā)電機(jī)組振動原因分析[J].化學(xué)工程與裝備，2017

（08）：112-113.