《高压加热器至除氧器疏水管道振动治理探析》
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[摘 要]电站高压加热器疏水管道振动一直是影响发电厂机组安全、稳定运行的重要因素.管道振动问题使得高压加热器无法正常投运,对汽轮机组的安全性和回热效率造成较大影响,甚至造成人员伤亡.文章以某发电厂为实例,对高压加热器到除氧器疏水管道振动问题进行了研究.
[关键词]高压加热器；除氧器疏水管道；振动治理
中图分类号：P635 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）04-0383-01
引言
发电厂高压加热器疏水管道振动是比较常见的问题,由于其对发电厂安全生产有较大的影响,特别是严重威胁工作人员的人身安全.所以,想保证电厂安全生产就必须解决高压加热器到除氧器疏水管道的振动问题,这具有非常重要的现实意义.电厂应该积极找出产生振动的原因,并进行有效防治.
1案例分析
高压加热器是利用汽轮机抽汽来加热锅炉给水的一种设备,其应用能有效提升电厂的热效率,节省燃料,保障机组的安全运行.常规火电厂汽轮机回热系统如图1.如果高压加热器出现问题,就会大大降低进入锅炉的给水温度,进而使燃料耗量,发电成本增加.
某电厂装有2台机组,额定功率为2×15MW.给水采用2级低压加热,2级高压加热及除氧加热回热循环系统,高低压加热器采用立式布置,其中1号高压加热器正常疏水是由0米层通过虹吸管道送往15m处的除氧器入口.长期以来,该机组1号高压加热器到除氧器的疏水管道都存在着多处不同程度的振动问题,造成了较大的安全隐患,增加了维修费用,影响了电厂的正常生产,所以需要相关人员对疏水管道振动进行处理.
图1 常规火电厂汽轮机回热系统示意图
2高压加热器疏水管道振动分析
2.1管道振动的原因
管道及其支架和与其相连结的各种设备或装置构成了一个复杂的机械结构系统,该系统产生振动的原因通产包括：第一,由于运动机构的动力平衡性差或基础设计不当；第二,由于气流脉动；第三,共振；第四是管道内流体流速过快产生湍流边界层分离而形成涡流,引起振动.
2.1.1动力平衡性差或基础设计不当
通常管路都是和压缩机或泵连接在一起,压缩机和泵在出厂前的动平衡必须满足设计要求,安装应符合安装规范,确保其振动在设计范围之内.所以,管道振动往往是基础设计不当造成的.
2.1.2气流脉动引起的管道振动
气流脉动也是引发管道振动的主要原因,管道输液（气）需通过压缩机或泵加压作为动力,这种加压方式是间歇性的,由于间歇加压,管道内的压力在平均值的上、下脉动,即产生所谓的压力脉动,管流处于脉动状态.脉动状态的流体遇到弯管头、异径管、控制阀、盲板等管道元件,产生一定的、随时间而变化的激振力,在这种激振力作用下管道和附属设备产生振动.
2.1.3共振
共振可以分为两类,一是气柱共振：管道系统内所容纳的气体称为气柱,由于气体可以压缩、膨胀,所以可以看作一个类似弹簧的振动系统,具有一系列的固有频率,当往复机激发频率与某阶固有频率相等或相近时,系统即产生对应该阶频率的共振；二是管道机械共振：由管子、管件和支架组成的管道本身也是一个弹性系统.管道系统根据配管情况、支撑的类型和位置,也会有一系列的固有频率,当激发频率与某阶固有频率相等或相近时,就会发生管道的机械共振.
2.2管道振动的影响因素
管道系统通常包括多种管件.缓冲器的容积、设备的布置、管径的大小、支架的位置、管道的走向都是影响管道振动的重要因素.首先,管径管径越大,管道端口接收到的速度激发就越小,加大管径能有效地降低压力不均匀度.其次,管道造型和支架管系产生振动的内因是气流脉动,外因是管系造型,合理的管系造型设计首先必须避免气柱和管道机械共振,调整设备布置及管道走向可以改变管系的刚度,即管系的固有频率.为了不使管道产生共振,必须使管系的各阶固有频率不接近激发频率.
3管道减振技术
3.1压力脉动的消减
压力脉动的消减主要可以从以下两方面着手：第一,改变气柱固有频率,避开气体共振管系气柱固有频率取决于管系的配管方式、长度,管径、容器容积的大小以及流体的种类和温度等等.改变管道和容器的尺寸以及它们的配置方式相对来说是比较容易实现的,工程上采用这种方法较多.在配管设计时,应根据工艺流程做好配管初步设计,应计算管系的气柱固有频率,并通过调整,使之不与激发频率重合以避免气柱共振.第二,压力脉动的控制气流脉动的消减关键在于配管的设计,在配管设计阶段,除了满足工艺要求外,还要进行管系配置的充分计算,以便对管系作出最优化选择,如管径、管长、容器体积、连接位置、支管长度、支管位置等的优化选择.另外,相关人员还要进行气流脉动响应计算,找出压力脉动不均匀度沿管线的分布规律,使其在允许范围之内.
3.2消减管系结构振动的措施
消减管系结构振动的措施主要有：第一,控制管系的固有频率：对于低温管道进行配管设计时,一般控制其固有频率为20Hz；对于高温、高压管道进行配管设计时,一般控制其固有频率为10Hz.第二,修改结构参数：改变结构参数可以改变结构固有频率达到减振目的.第三,减小弯头数和加大管道转弯角度：在压缩机管系的运行中,其激振力主要产生于弯头和异径管的接头处,因此在管道的按装中应尽量减少弯头的使用,使管道走向平直,以减少激振力数目,又因弯管处的激振力与转弯角度相关,所以也可以减小转弯角度.第四,调整支承刚度：适当调整支承位置和支承刚度,使管系各阶固有频率避开激发频率,以避免机械共振的产生.第五,采用管道减振器或液压式阻尼器.
4管道系统振动的具体治理方法
管道系统振动的具体治理方法主要包括：第一,对于风和地震引起的管道振动.按照常规的设计要求,适当设置导向支架.第二,对于两相流引起的管道振动.解决方案：工艺操作：工艺操作条件、管内介质的流速上应尽量避免出现块状流和塞状流；管道的布置：应尽量减少弯头的个数,并考虑采用大半径弯头,以减少冲击；支架的设置：应尽量采用支架,不宜采用吊架,并在适当的部位设置导向支架和限位支架.第三,对于水锤引起的管道振动.在适当的部位设置导向支架和限位支架,且应具有足够的刚度；还可考虑设置蓄能器等.第四,对于喘振引起的管道振动.调节流量,喘振便会停止.
结束语
总而言之,高压加热器疏水管道振动是发电厂经常发生一种事故,需要相关工作人員加强设备的巡视力度,及时发现问题,并进行分析和试验,采取有效的措施解决管道振动问题,保障发电厂的机组的正常运行,提升电力生产效率.
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