空冷系統(tǒng)凝結(jié)水回水立管振動(dòng)淺析

摘 要：空冷系統(tǒng)凝結(jié)水回水立管振動(dòng)是所有空冷機(jī)組都無(wú)法回避的一個(gè)難題，造成振動(dòng)的原因是多樣的。本文將就空冷系統(tǒng)凝結(jié)水管道流動(dòng)進(jìn)行分析，并提出解決凝結(jié)水回水立管振動(dòng)的方法。

關(guān)鍵詞：空冷；凝結(jié)水回水；振動(dòng)

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）27-0284-01

概 述

直接空冷作為一種有效節(jié)水型火力發(fā)電技術(shù)，在我國(guó)富煤、缺水的西北、華北部地區(qū)得到大力發(fā)展。在已投產(chǎn)的采用直接空冷系統(tǒng)的電廠運(yùn)行中，普遍存在著凝結(jié)水系統(tǒng)的管道振動(dòng)問(wèn)題，雖然采取了增加或加固支座等措施，減振效果并不明顯。因此，在進(jìn)行凝結(jié)水管道技改中，應(yīng)詳細(xì)地進(jìn)行流動(dòng)誘發(fā)振動(dòng)分析，避免管道振動(dòng)破壞。本文將主要從加裝減震裝置和更改凝結(jié)水在管道內(nèi)的流動(dòng)路徑兩種方式分析如何消除凝結(jié)水管路振動(dòng)問(wèn)題。

1 背景介紹

中電投烏蘇熱電分公司1、2號(hào)機(jī)空冷島凝結(jié)水回水管，每臺(tái)機(jī)有兩根管徑DN370立管分左右進(jìn)入排氣裝置通過(guò)碟形噴嘴除氧后進(jìn)入熱井內(nèi)。

由于空冷島凝結(jié)水回水管高33m，管道在機(jī)組運(yùn)行中會(huì)發(fā)生劇烈振動(dòng)，隨時(shí)會(huì)造成管道焊縫開(kāi)裂和支吊架損壞，對(duì)機(jī)組運(yùn)行形成安全隱患，故分公司將消除空冷島凝結(jié)水回水管振動(dòng)改造列為2014年技術(shù)攻關(guān)改造項(xiàng)目。

2 凝結(jié)水回水立管振動(dòng)機(jī)理分析

凝結(jié)水在管內(nèi)流動(dòng)方向?yàn)樗搅鲃?dòng)—垂直流動(dòng)—水平流動(dòng)，在管內(nèi)流動(dòng)過(guò)程中，隨著機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)、汽液兩相流物性參數(shù)、管道管徑及布置方式等不同，流動(dòng)判別參數(shù)不同，流態(tài)也各不相同。研究表明，不同流型的汽液兩相流動(dòng)對(duì)管道的激振強(qiáng)度各不相同，流動(dòng)為段塞流型時(shí)，流動(dòng)的脈動(dòng)特征明顯，汽體和液體交替流動(dòng)，對(duì)管道激振強(qiáng)度大，當(dāng)段塞流經(jīng)過(guò)彎管時(shí)，因其間歇流動(dòng)，會(huì)對(duì)彎管產(chǎn)生周期性沖擊，使管系產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，從而導(dǎo)致變形、循環(huán)應(yīng)力甚至疲勞破壞，當(dāng)流動(dòng)為水平流動(dòng)且分層流型時(shí)，流體流動(dòng)平靜，激振作用很小。

3 凝結(jié)水回水立管振源分析

試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)：造成凝結(jié)水回水立管振動(dòng)的原因分為兩類：①外部原因：如因與凝結(jié)水管相關(guān)的設(shè)備振動(dòng)引起的凝結(jié)水回水管道振動(dòng)，或在外部擾動(dòng)下，如大風(fēng)、地震等原因造成的振動(dòng)。②內(nèi)部原因：

a.因重力因素影響，落差過(guò)大，導(dǎo)致管道振動(dòng)，具體表現(xiàn)在凝結(jié)水經(jīng)空冷島凝結(jié)水回水管在33m高的情況下，將回水的重力勢(shì)能在極短的時(shí)間內(nèi)釋放為對(duì)凝結(jié)水回水管水平段的沖擊動(dòng)能，在機(jī)組滿負(fù)荷的情況下，這個(gè)動(dòng)能強(qiáng)度會(huì)達(dá)到一臺(tái)中型電動(dòng)機(jī)的功率，凝結(jié)水管路設(shè)計(jì)原因?qū)е轮亓?shì)能短時(shí)間快速釋放于凝結(jié)水回水管水平段、彎頭等處，這是造成空冷系統(tǒng)立管振動(dòng)的重要因素。

b.彎頭振動(dòng)，正常運(yùn)行工況下，凝結(jié)水回水在彎頭處是一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行的工況，彎頭處振動(dòng)不大。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷發(fā)生變化，凝結(jié)水回水量變化處于波動(dòng)狀態(tài)時(shí)，作用于管道，將引起管道振動(dòng)。變工況下流動(dòng)的凝結(jié)水是造成彎頭處振動(dòng)的根本原因，因?yàn)槟Y(jié)水回水立管垂直位置是固定的，這樣振動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致回水管水平位置發(fā)生位移，或管道損壞。

c.共振影響。

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：管道的共振強(qiáng)度和管道的支撐點(diǎn)長(zhǎng)度及單位長(zhǎng)度內(nèi)的介質(zhì)質(zhì)量有關(guān)，管道支撐點(diǎn)長(zhǎng)度越大，管道共振概率越大，單位長(zhǎng)度內(nèi)介質(zhì)質(zhì)量越大，越容易發(fā)生共振。因此控制凝結(jié)水回水管水平段支撐點(diǎn)長(zhǎng)度，可避免共振的發(fā)生。

4 凝結(jié)水回水立管技術(shù)改造

凝結(jié)水回水立管改造主要是兩個(gè)思路：①改造凝結(jié)水水平段；②加裝減振裝置。

4.1 水平段改造

在水平段處通過(guò)增加支撐點(diǎn)和彎頭的方式，化解因共振、重力沖擊等原因?qū)е碌恼駝?dòng)，同時(shí)將彎頭部位改造成大的圓弧狀結(jié)構(gòu)，可有效降低重力因素引發(fā)的瞬間能量釋放振動(dòng)。[1]

4.2 加裝減震裝置

通過(guò)1、2號(hào)機(jī)空冷島凝結(jié)水回水管技術(shù)攻關(guān)改造，消除了空冷島凝結(jié)水回水管振動(dòng)和管道焊口脫焊裂紋的危險(xiǎn)。加裝減振裝置，在1號(hào)機(jī)空冷島A、B兩側(cè)凝結(jié)水回水管道立管10m處加裝網(wǎng)狀導(dǎo)流減振裝置；A、B兩側(cè)分別加裝各1臺(tái)，長(zhǎng)1m，直徑DN350的導(dǎo)流減振裝置?？捎行У乇苊饽Y(jié)水在管道內(nèi)的水錘現(xiàn)象的發(fā)生，使機(jī)組真空系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。

4.2.1 效果對(duì)比

技術(shù)攻關(guān)前狀況：烏蘇熱電分公司1號(hào)、2號(hào)機(jī)空冷島凝結(jié)水回水管道在運(yùn)行中一直都在發(fā)生劇烈振動(dòng)，回水立管隨時(shí)都可能發(fā)生管道焊口脫焊和支吊架損壞的危險(xiǎn)；嚴(yán)重威脅到機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

技術(shù)攻關(guān)落實(shí)措施：改造工作開(kāi)始前，對(duì)1號(hào)、2號(hào)機(jī)空冷島凝結(jié)水回水管道進(jìn)行詳細(xì)觀察，分析造成凝結(jié)水回水管道劇烈振動(dòng)的原因是因?yàn)槟Y(jié)水在真空管道內(nèi)由于形成水錘現(xiàn)象造成的。根據(jù)原因分析我們制作了幾種不同形式的“管道消振裝置”進(jìn)行試驗(yàn)；選擇效果最好的安裝在管道中部。

4.2.2 經(jīng)濟(jì)分析

（1）通過(guò)“管道消振裝置”的安裝，消除了1、2號(hào)機(jī)組空冷島凝結(jié)水回水管道劇烈振動(dòng)缺陷，提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性，有效地避免由于管道振動(dòng)所造成的金屬疲勞使管道斷裂危險(xiǎn)。

（2）加裝減振裝置，可有效地避免凝結(jié)水在管道內(nèi)的水錘現(xiàn)象的發(fā)生，使機(jī)組真空系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。同時(shí)由于凝結(jié)水流的穩(wěn)定也使的熱井內(nèi)凝結(jié)水噴嘴除氧效果更好。

產(chǎn)生效益：通過(guò)技術(shù)攻關(guān)消除了1、2號(hào)機(jī)重大缺陷，解決了1、2號(hào)機(jī)組長(zhǎng)期存在的安全隱患，將對(duì)1、2號(hào)機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)很大的收益；延長(zhǎng)了1、2號(hào)機(jī)組設(shè)備的使用壽命。

效果分析：

（1）通過(guò)2014年8月1、2號(hào)機(jī)組空冷島凝結(jié)水回水管道劇烈振動(dòng)缺陷的消除，提高了空冷島設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

（2）管道劇烈振動(dòng)缺陷的消除，有效地避免由于管道振動(dòng)所造成的金屬疲勞使管道斷裂危險(xiǎn)。提高了空冷島設(shè)備運(yùn)行的安全性。

后續(xù)工作：目前本廠加裝一級(jí)減振裝置，空冷系統(tǒng)凝結(jié)水回水立管在變負(fù)荷工況下運(yùn)行穩(wěn)定，管道振動(dòng)現(xiàn)象基本消除。如在今后工作中再發(fā)生管道振動(dòng)，則考慮在立管適當(dāng)部位加裝二級(jí)減振裝置。

5 結(jié)束語(yǔ)

空冷系統(tǒng)凝結(jié)水回水立管振動(dòng)是很多因素共同作用的結(jié)果。通過(guò)改變凝結(jié)水回水管的走向，如增加水平段支撐點(diǎn)和改造垂直段和水平段的連接方式，如減少垂直段距離，加裝圓弧回旋過(guò)度段等，雖然也能對(duì)空冷島回水立管振動(dòng)有所減少，但是振動(dòng)的根源并沒(méi)有消除。采用在回水管處加裝減振裝置可有效改變凝結(jié)水回水的流動(dòng)情況，通過(guò)消旋、緩沖，減少重力勢(shì)能快速釋放的振動(dòng)效果，避免水錘現(xiàn)象的發(fā)生，有效遏制空冷系統(tǒng)凝結(jié)水回水立管振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]王艷英.動(dòng)力管道振動(dòng)及消除措施.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008，31：87.

收稿日期：2018-8-14