关于#1、#2机组凝结水再循环系统管道振动原因及减振措施

关于#1、#2机组凝结水再循环系统管道振动原因及减振措施

申向周

身份证号码：410526197203264890 中国能源建设集团科技发展有限公司越南海阳运维项目部

汽水管道振动是影响火力发电厂安全生产的常见原因；强烈的管道振动会使控制阀工况变差、控制仪表失灵，管道附件，尤其是管道的连接部位和管道与附件的连接部位等处发生松动和破裂，轻则发生泄漏，重则会由于破裂而引发污染或 爆炸,造成严重的事故.而在众多汽水管道振动中，凝结水最小流量间再循环管道因为接收容器工作背压低,汽蚀和闪蒸工况严重，出现管道振动的概率最大.在越南海阳电厂试运行期间，在现场调试时发现,凝结水再循环管道出现了较大的振动，一直未得到解决；从其它电厂的凝结水再循环管道却正常、平稳的运行。对比了其它电厂的凝结水再循环管道的设计与我方现场设计,针对凝结水最小流虽再循环管道振动的问题进行分析，提 出了相应的设计整改和优化方案。

凝结水系统的设置都是按汽轮机在VWO工况时可能出现的凝汽量，加上进入凝汽器的正常疏水量和正常补水量设计的.系统采用100%凝结水精处理装置，系统中仅设凝结水泵,不设凝结水升压泵，系统比较简单（凝结水泵进水压力为6.9 kPa 、流量为1782m³/h 、扬程为273 m 、—备一用，热井中的凝结水由凝结水泵升压后，经过中压凝结水精处理装置、轴封加热器、五级低压加热器后进入除氧器。其中系统设有最小流量再循环管路，由轴封冷却器出口凝结水管道引出,经最小流量再循环阀回到凝汽器，保证在启动和低负荷期间凝结水泵通过最小流量阀运行，防止凝结水泵汽蚀，并且有足够的凝结水流过轴封冷却器，维持轴封冷却器的微真空。最小流量再循环管道按凝结水泵、轴封冷却器允许的最小流量中的较大值设计，最小流量再循环管道上还设有调节阀，以便控制不同工况下的再循环流量。该工程的最小流量为450 m/h。

1、凝结水最小流量再循环管道是由轴封加热器 出口的凝结水管道引岀一分支管道，经过最小流量调节阀接入凝汽器（凝结水母管设计压力为3.75 MPa ,汽封冷却器至8、9 号低加）的设计温度为40 °C ）其阀后凝汽器工作背压（取平均背压为6.9 kPa,当夏季工况水温为33℃，背压为9.5 kPa ）,调节阀前后的压差大，如果调节阀（允许压差和调节阀形式）选型不档，当介质到达阀体,在阀花和阀座的节流作用下,缩流断面处的流速是最大的。由于流速的增加，产生了较大的内部紊流和能量消耗，大大降低了压力.如果缩流断面处的压力降到液体对应温度下的饱和蒸汽压力以下时.介质中就会有蒸汽和溶解在水中的气体逸岀，形成蒸气气体混合的小汽泡，压力越小，汽泡越多。当介质扩展进更大的区域时,其速度会下降，压力増加，阀后压力恢复到高于液体饱和蒸汽压力，汽泡在高压作用下会迅速凝结而破裂,在汽泡破裂的瞬间,会产生局部空穴，而高压水会以极高的速度流向这些原汽泡占有的空间，瞬一个冲击力，并出现噪声和动，导致阀芯被气蚀，阀门被破坏。

图1凝结水再循环现场管道示该图     图2凝结水再循环现场管道布置图

由图1可知，凝结水再循环管道经气动调节阀后进入凝汽器的管路比较长，弯头比较多，管系布置比较复杂，能量损失增大、压力不断降低，管道下游的压力低于液体的饱和蒸汽压力,在下游的管道中会继续产生汽泡，存在液汽两相混合的情况。由于汽泡中的气体和蒸汽来不及在瞬间全部溶解和凝结，在冲击力作用下又分成小汽泡，再被高压水（按照《火力发电 厂汽水管道设计技术规定》，凝结水流速应为2.0 --3.5 m/s ,如果管径选择太小，会加快管内介质的流速）压缩、凝结，如此反复产生了一种类于砂石流过管道的噪声和振动。

2、由图2可以看出调节阀前后变径比较大，根据2021年2月25日调节阀后焊口处开始出现裂纹漏水现象，2021年3月2日对此处漏水进行了打磨补焊处理，在此期间裂纹不断增大由原来的一处裂纹漏水变成了两处漏水，这就说明管线若长期受到振动引起交变应力的作用，即使设计满足其强度要求,也可能会产生疲劳破坏，尤其是位于一些如焊縫连接、接管开孔等应力集中处，会导致疲劳破坏,从而发生管线断裂、介质外泄，甚至引起较为严重的生产事故，给生产和环境造成严重危害。根据管道振动的理论分析，管线系统的振动是一种机械抖动，一般来说，管外的随机载荷作用及管线内部流体激扰是振动的主要原因。凝结水再循环管道振动一般有设计和运行2方面原因：

1、由于工况变化，管内流体特性必然变化,如果管系刚性设计不足，就难免振动，工况变化范围越大,或运行人员经验越不足,就越易振动.

2、管外的随机载荷导致的振动对于管道来说是一种交变荷载，其危害取决于激振力的大小和管道自身的抗振性能。当振动频率等于或接近管道的自振频率时将引起共振。凝结水最小流量再循环管道的介质流速较小,激振频率较低,若管道布置刚度不够或支吊架设计不合理导致管道自振频率较低时，管道产生的共振可能性较大。

由于以上两个原因导致凝结水再循环管道在现场 运行时发生较大的振动,所以，变更设计时，对以上问题改进并设计变更.

设计优化改进方案：

根据以上凝结水系统再循环管道震动原因凝结水再循环现场管道布置作出以一下改动。在改造中要注意以下几方面：

1、正确选择再循环管道调节阀的类型，选择压差合适、具有多级减压装置的调节阀（比如多级笼罩式、迷宫式、多级活塞式等调节阀），通过多功 压降，使介质的压力在整个调压过程中始终处于介质的汽化压力之上。在靠近凝汽器的位置安装节流孔板（可以使调节阀斥 至节流孔板间的管道压力升高，适当地减小调节阀前后的压力差），避免出现汽蚀现象，并在改造过程中将调节阀后至凝汽器管道中部分90°弯头能取消的尽量取消，以减少介质在流动过程中造成的能量损失，降低阀后出现汽液两相流的概率，消除管道的振动。（需设计院对调节阀及节流孔板作出流量计算）。

2、改变现场的管道布置，重新调整管道走向，将阀门组尽可能地靠近疏水扩容器 使调节阀后的管道短且简捷，并在改造过程中将调节阀后至凝汽器管道中部分90°弯头能取消的尽量取消，降低阀后出现汽液两相流的概率。调整加大调节阀后的管径，由原来的273 x 8.5变为325 x 10 ，将管径放大一档,这样可以有效地降低阀后水流的流速。同时在靠近疏水扩容器附近加装节流孔板（可以使调节阀斥 至节流孔板间的管道压力升高，适当地减小调节阀前后的压力差），减少再循环调节阀后两相流引起的冲击和振动，消除调节阀后管道的振动。（需设计院对调节阀及节流孔板作出流量计算）

3、结合现场实际着重考虑第二种方案。

4、把现场损坏的阀门进行更换：真空闸阀   NKZ64H--40  PN4.0  DN300  2台

   J61Y--40  PN4.0  DN25   2台    管道DN325X10   20米  

弯头DN3253x10    6个