降低空冷島凝結(jié)水下降管道振動研究

摘 要：國內(nèi)某電廠2臺600MW亞臨界空冷機組，自投運以來，春、秋季空冷凝結(jié)水下降管振動一直是困擾機組安全運行的一大難題。長期強烈的沖擊振動，曾使焊口開裂，固定件松脫。在不斷總結(jié)和摸索基礎(chǔ)上，檢修人員通過在凝結(jié)水下降管上加裝穩(wěn)流罩，使這一問題得到徹底解決。

關(guān)鍵詞：空冷機組；管道；消振；治理；穩(wěn)流

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）26-0127-01

1 空冷系統(tǒng)概述

國內(nèi)某電廠2×600MW亞臨界空冷機組，采用斯比克冷卻技術(shù)有限公司生產(chǎn)的SRC型單排管機械通風(fēng)直接空冷系統(tǒng)，單機換熱面積1605780㎡，共8列7排56臺風(fēng)機，每列設(shè)兩個逆流單元。空冷系統(tǒng)自投運以來，春、秋季空冷凝結(jié)水下降管沖擊振動頻發(fā)，長期的強烈沖擊振動，曾使固定件松脫、焊口撕裂、真空泄漏。

2 空冷凝結(jié)水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

空冷系統(tǒng)每一列凝結(jié)水下聯(lián)箱在逆流排處設(shè)兩個排出口，蒸氣凝結(jié)成水后由排出口流入該列凝結(jié)水支管；1-4列和5-8列的各凝結(jié)水支管分別在緊貼空冷島下部匯成兩段橫向母管，每段母管接下行的“S”型下降管，在距地面2.5m高度處轉(zhuǎn)為水平管道進(jìn)入汽輪機排汽裝置，凝結(jié)水靠自然重力回流至熱井?？绽鋶u下部兩橫向凝結(jié)水母管在相鄰的端部設(shè)有向上的彎曲“Ω”型聯(lián)絡(luò)管，以保持兩段背壓均衡。因該地區(qū)不屬于高寒地區(qū)，初設(shè)時，室外空冷凝結(jié)水系統(tǒng)的保溫做到距地面13m的高度。發(fā)生沖擊振動的部位在“S”型下降管轉(zhuǎn)彎處。在負(fù)壓區(qū)內(nèi)的高溫凝結(jié)水迅速汽化，產(chǎn)生大量汽泡，汽泡受壓破裂，水流質(zhì)點四周的沖擊頻率達(dá)每分鐘2～3萬次，在這極微小的面積上壓力常達(dá)幾十至百個MPa，極大的機械破壞力撞擊管道，使管道表面損壞，同時產(chǎn)生刺耳的噪音和強烈的振動。

3 空冷凝結(jié)水下降管振動現(xiàn)象

（1）通過數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論，凝結(jié)水下降管沖擊振動多發(fā)生在環(huán)境溫度在-5～20℃左右，集中表現(xiàn)在春秋兩季。

（2）現(xiàn)場測量凝結(jié)水下降管段的振顫數(shù)據(jù)得知，振幅最大達(dá)1.0cm，水沖擊產(chǎn)生劇烈響聲在15m處監(jiān)測達(dá)135dB以上。

（3）經(jīng)長時間就地監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)機組運行時間越長，凝結(jié)水下降管振動程度越大。

（4）有保溫的凝結(jié)水下降管振動幅度和頻率比全裸下的下降管振動幅度、頻率小。

4 振動機理分析

空冷凝結(jié)水在流動過程中引發(fā)的沖擊振動，實質(zhì)上是由于管道內(nèi)存在的汽水兩相流現(xiàn)象引起的，凝結(jié)水中摻雜的氣泡匯聚、變大、受力、破裂造成，原理等同于離心式水泵的汽蝕。具體成因可以概括為以下幾點：

（1）同一列不同區(qū)域的蒸汽分配不均勻。冷卻過程中，客觀條件的差別造成翅片管臟污程度不同，這就造成了各區(qū)域的凝結(jié)水溫度不同。

（2）同一列的不同區(qū)域真空存在差別。逆流列真空最低，從該列其他單元流來凝結(jié)的飽和水和部分帶有汽泡的不飽和水，流至背壓較低的逆流列時就會形成過飽和水，產(chǎn)生蒸汽泡，蒸汽泡來不及釋放就在該列流入凝結(jié)水母管，從各列來的帶有汽泡的凝結(jié)水在母管中匯合，向下流入下降管，在下降管中蒸汽泡的向下的流速低于凝結(jié)水的流速，于是原來的汽泡就會和流來的小氣泡匯合使汽泡變大，流速又變慢，下降過程中逐漸變大；轉(zhuǎn)彎過程中汽泡會受擠壓，越向下流，凝結(jié)水的壓力相對越高，在這三重作用下，大氣泡破裂，形成強烈水沖擊“水錘”現(xiàn)象。

（3）管道內(nèi)流體處于飽和狀態(tài)。在流動過程中汽液兩相轉(zhuǎn)化，形成汽水兩相流動，飽和的凝結(jié)水在管道內(nèi)流動過程中汽態(tài)液態(tài)交替轉(zhuǎn)化。當(dāng)流速交替變化的凝結(jié)水流過下降管的彎頭時會對管道形成交替的沖擊作用力，導(dǎo)致管道延作用力方向振動。

綜上原因形成的氣泡達(dá)到一定的數(shù)量，在流經(jīng)下降管過程中，水流的速度大于氣泡下降速度，氣泡會形成擁擠、匯聚由小變大，管道內(nèi)流體處于飽和狀態(tài)。在流動過程中汽液兩相轉(zhuǎn)化，形成汽水兩相流動，飽和的凝結(jié)水在管道內(nèi)流動過程中汽態(tài)液態(tài)交替轉(zhuǎn)化，當(dāng)流經(jīng)下降管彎道處，流速放緩，氣泡周圍的壓力升高，加上凝結(jié)水在下降中溫度一直是降低的。因此在此處使大氣泡急劇破裂形成水沖擊，導(dǎo)致凝結(jié)水下降管產(chǎn)生劇烈聲響及振動。

5 處理辦法

通過分析管道振動的原因、查看現(xiàn)場管道布置、結(jié)合運行人員平時在調(diào)整空冷風(fēng)機運行方式消除凝結(jié)水下降管道振動時的經(jīng)驗總結(jié)。計劃在空冷島凝結(jié)水下降母管標(biāo)高33m、25m處管道內(nèi)分別加裝一組穩(wěn)流罩，通過消除流體對管道的彎頭處沖擊，緩減下降管的振動。穩(wěn)流罩加裝要求不影響流量，又可起到擾流，防止汽泡聚集變大，把大氣泡打碎成小氣泡，不再發(fā)生強烈的水沖擊。以下是穩(wěn)流罩制作的具體技術(shù)要求、材料清單及安裝方法：

（1）穩(wěn)流罩用厚25mm碳鋼板制作，寬度空冷凝結(jié)水下降水管道振動部位80mm；在？準(zhǔn)660mm凝結(jié)水管道上開孔，要求開孔孔徑？準(zhǔn)200mm，將穩(wěn)流罩在管道內(nèi)焊接好后恢復(fù)好凝結(jié)水管道。

（2）穩(wěn)流罩與凝結(jié)水下降管道軸向保持垂直，保證穩(wěn)流效果達(dá)到最佳。

（3）嚴(yán)格按照焊接規(guī)程進(jìn)行施工，管道安裝完畢后所有焊縫做100%無損探傷。

（4）凝結(jié)水下降管道開孔采用機械方式，不允許采用火焊方式，開孔后要將管內(nèi)雜物清理干凈。

（5）管道切割、打坡口全部采用機械方式，不允許采用火焊方式。

（6）所有管道焊口采用V型坡口及氬弧焊打底、電焊蓋面，穩(wěn)流罩與凝結(jié)水下降管道連接焊口的焊絲型號為J50、？準(zhǔn)2.5mm，焊條型號為J507、？準(zhǔn)3.2mm。

（7）穩(wěn)流罩與凝結(jié)水下降管道焊接后焊口進(jìn)行100%探傷。

（8）穩(wěn)流罩安裝時，先將焊接完成的穩(wěn)流罩運送至空冷島45m平臺走廊就位點上方，空冷島下方在需要安裝穩(wěn)流罩的凝結(jié)水下降管彎頭處圍繞凝結(jié)水下降管搭設(shè)3m×3m×33m的腳手架，并鋪設(shè)完畢腳手板備用。在穩(wěn)流罩就位點上方走廊上開孔，使用手拉葫蘆等吊具將穩(wěn)流罩緩慢放至需要更換的凝結(jié)水管段處，采取機械切割方法將凝結(jié)水下降管切除，將穩(wěn)流罩安裝就位，并保證就位后穩(wěn)流罩與凝結(jié)水下降管管道軸線保證垂直，然后嚴(yán)格按照焊接規(guī)程進(jìn)行施焊，焊接完成后進(jìn)行無損探傷，從而保證焊接質(zhì)量。

（9）穩(wěn)流罩安裝完并檢驗合格后，在凝結(jié)水下降管道加裝保溫及鐵皮外護(hù)，保溫層厚度不小于100mm。

6 結(jié) 論

經(jīng)過對空冷換熱管束凝結(jié)水下水管道振動的分析治理，振動問題完全得到了控制，穩(wěn)流裝置多層擾流，使已產(chǎn)生的氣泡不再聚集變大，從根本上解決了空冷系統(tǒng)凝結(jié)水下降管沖擊振動問題，此處理方法對管道存在的類似振動有良好的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計技術(shù)規(guī)定》（DL/5054-1996）.

[2]SPX.600MW亞臨界機組直接空冷凝汽器設(shè)計說明書[P].2006.

收稿日期：2018-8-4