空冷岛凝结水下降管振动的优化研究

空冷岛凝结水下降管振动的优化研究

张伟 1，宋光玉 1，马海龙 2

（ 1华能靖远热电有限公司，甘肃 靖远 730600

2华能酒泉发电有限公司，甘肃 酒泉 735000）

摘要：针对某电厂两台330MW空冷机组自投产以来，存在空冷岛凝结水下降管振动大的问题。本文通过对振动原因的分析和研究，制定了优化方案。通过改造后，振动问题得到了根本解决，确保了机组安全稳定运行。

关键词：空冷机组；凝结水下降管；气液两相流

中图分类号：TM315 文献标识码：A

The Optimized Research of the Air-Cooling Island Condensate Drop Pipe Serious Vibration in Power Plant

Zhang wei¹,Song guangyu¹, Ma Hai-long²

(1 China Huaneng Jingyuan Power Generation Co., Ltd., Jingyuan 730600,China

2 China Huaneng Jiuquan Power Generation Co., Ltd., JiuQuan 735000,China)

Abstract:The air-coling island condensate drop pipe have serious vibration since it go to operated in some power generation. In this paper, though analysis and research the reason of serious vibration, and propose an optimized research method to solve this problem. Use this method in the unit, research show that it not only solve the serious vibration but aslo ensure the unit safe and steady operated.

Key words: Air-Cooling Unit; Condensate Drop Pipe Vibration ; Stean Water tow-phase flow

0 前言

某电厂2×330MW空冷机组采用单立管落水回收空冷系统的凝结水，但自投运以来两台机组凝结水立管都发生了剧烈的振动现象。冷凝系统是空冷电厂的重要组成部分，凝结水管道的振动严重威胁机组的安全运行，为了消除机组运行的安全隐患，需要对凝结水下降管的原因进行分析，以便减轻凝结水下降管的振动。凝结水下降管振动最严重的部位集中在两个竖直管段与水平管段连接的90°弯管处，最严重时振动造成的位移可达几厘米，振动表现的规律性不强，沿水平方向和竖直方向都有位移。

1 管道振动分析

1.1 凝结水下降管振动因素^[2]

一般来说，引起管道振动的振源有以下几种：

1、风力作用或其他设备振动传递给管道的振动，统称为外部振源。

2、来自系统自身的振源

（1）设备自身振动或相连设备运行不稳定造成的管道振动。如泵与风机输送的介质出现脉动或者泵与风机发生喘振、气蚀等，引起的管道振动。

（2）管道内部流体介质的流动（流速、流量等）发生变化，介质的扰动频率接近管道固有频率而引起的管道共振，同时管道存在弯头、分支等属于改变流动方向，在介质不稳定流动时容易发生振动。

（3）管道上的阀门开关频繁造成的管道振动。

（4）管道固有频率太低，管道柔性过大，容易引起共振。

1.2 空冷岛凝结水下降管振动原因分析：

图1 现阶段空冷岛凝结水下降管连接示意图

电厂机组凝结水下降管受外部振源影响的可能性不大，重点应从自身振动着手分析原因。

空冷凝结水下降管管系内没有旋转设备，因此空冷凝结水下降管分别与空冷散热管束凝结水收集联箱和汽轮机排汽装置连接，管系中没有旋转设备，因此可以排除设备因素影响导致管道振动；正常运行时凝结水下降管也没有阀门的启闭动作，因此也可以排除阀门原因导致凝结水下降管振动。那么导致凝结水下降管振动的原因只有管道内部流体介质流动的不稳定性和管系本身固有频率太低两种可能性，下面逐项进行分析。

管道内部流体下落落差大，能量释放集中凝结水下降管直立部分高度至少30m，也就是凝结水落差在30m以上。直径1m的真空管道内，饱和状态的凝结水下降过程近似接近自由落体的速度向下流动。如果初速度按V0=0m/s，高度h=30m，那么按自由落体计算：

下落时间

末速度V2=24.5m/s

全部液体如以上述计算末速度撞击液面，则在液面以下很短的一段管段内动能全部释放转化其他形式的能量或转化为热能，经计算机组满负荷运行时此处释放的能量将达100kW，相当于一个中型电动机的功率。这些功率集中释放在弯头的上部，必然对管道、对弯头造成比较大的冲击和扰动，这是造成电厂330MW空冷凝结水下降管振动的根本因素。

弯头部分的受力分析如图2所示。图中所示的是一段处于弯头中流体工质组成的研究对象，水工质入口压力为P1、出口压力为P2，因为弯头处存在局部阻力损失，所以P2

但是，当流体流动处于波动状态时弯头的进、出口受力都会波动，那么合力也会产生波动。由于进出口受力波动幅度的不同，会造成合力的幅值和方向都随时间变化，在平衡该合力过程中管道结构和支撑与流体作用力之间是一个动态平衡，在寻求动态平衡中就会发生振动，即流动的流体对弯头的作用力的波动是管道振动的激振力。

特别对于某公司330MW机组的情况，垂直方向由于上端是被约束不动的，因此上下方向管道的位移是不可能的，而在水平方向没有任何约束点，因此管道在激振力的作用下就会发生位移。

2 凝结水下降管改造思路的实例

图4 热网抽汽系统以及疏水改造后系统图

机组检修为消除振动缺陷，对空冷岛凝结水下降管进行改造。改造后的管系构造示意图见图4。改造的基本思路是降低BC、EF两个弯头部位的标高，使弯头部位悬空高度降到排汽装置正常水位以下受0m地基支撑点的支撑和约束。图4改造后空冷系统凝结水下降管结构改造后水平直管段CH变为FGH段，多了两个倾斜直管段FG、GH。对因介质波动造成的管道振动有明显的减轻作用。

3 结论

（1）公司机组凝结水下降管振动是由于管道设计不合理造成的。

（2）真空状态下，下降管内介质落差大，且存在下降过程中能量集中在气液两相区，并集中释放，是管道振动的根本原因。

（3）论文研究中，对下降管的改造消除了振动，为电厂管道振动消除提供了新的思路。

参考文献

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