高壓加熱器到旋膜式除氧器（熱力除氧器）疏水管道振動(dòng)治理

通過對電廠125MW機(jī)組高壓加熱器到旋膜式除氧器（熱力除氧器）疏水管道振動(dòng)原因的分析，提出了解決安裝有自動(dòng)水位控制器的高壓加熱器疏水管道振動(dòng)的治理方案，并對高壓加熱器疏水管道實(shí)施優(yōu)化和改進(jìn)，治理后管道振動(dòng)遙遙降低，取得了良好遙遙.
長期以來高壓加熱器疏水管道振動(dòng)一直影響著發(fā)電廠機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。調(diào)查表明，發(fā)電廠機(jī)組按常規(guī)設(shè)計(jì)的高壓加熱器疏水系統(tǒng)管道存在著高頻低幅、低幅高頻等不同程度的振動(dòng)問題，造成高壓加熱器不能正常投運(yùn)，直接影響汽輪機(jī)組運(yùn)行的安全遙遙和回?zé)嵝剩袝r(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)人員傷亡的嚴(yán)重工業(yè)事故。因此，防止和消除高壓加熱器疏水管道振動(dòng)是遙遙高壓加熱器安全投運(yùn)的條件遙遙，對提高電廠機(jī)組經(jīng)濟(jì)和安全運(yùn)行起著重要的作用。
1疏水管道振動(dòng)概況
某發(fā)電廠裝有4臺(tái)機(jī)組，鍋爐和汽機(jī)分別由鍋爐廠和汽輪機(jī)廠生產(chǎn)，機(jī)組額定功率為125MW。鍋爐為遙遙高壓、單汽鼓、自然循環(huán)，遙遙中間再熱，儲(chǔ)倉式煤粉爐，具有中間夾弄的!型露天布置。其中1號(hào)機(jī)組1993年投入運(yùn)行，其余3臺(tái)隨后建成投產(chǎn)。
該機(jī)組給水采用4遙遙低壓加熱，2遙遙高壓加熱及除氧加熱回?zé)嵫h(huán)系統(tǒng)，高低壓加熱器采用立式布置，其中1號(hào)高壓加熱器正常疏水是由0米層通過虹吸管道(部分管道尺寸為小133X4.5mm，部分管道尺寸為小108mmX3.5mm)送往25m處的旋膜式除氧器（熱力除氧器）入口。
由于該機(jī)組1號(hào)高壓加熱器到旋膜式除氧器（熱力除氧器）的疏水管道長期以來存在著多處不同程度的振動(dòng)問題，形成了安全隱患，增加了檢查維修費(fèi)用，急需處理。而且1號(hào)高壓加熱器由于電控疏水調(diào)節(jié)器的故障頻繁，使得高壓加熱器長期處于低水位甚至無水位運(yùn)行的現(xiàn)象，很不經(jīng)濟(jì)，因此電廠近年來先后在l號(hào)高壓加熱器出口處安裝了汽液兩相流自調(diào)節(jié)水位控制器(以下簡稱自動(dòng)疏水控制器)，至此以后高壓加熱器低水位運(yùn)行的問題解決了，但卻帶來了一個(gè)重大的負(fù)效應(yīng)，即該疏水管道振動(dòng)的更加嚴(yán)重了，經(jīng)廠家多次調(diào)整，自動(dòng)疏水控制器的控制汽管道也改了好幾次，并更換了自動(dòng)疏水控制器，但始終未能解決振動(dòng)問題。特別是高加自動(dòng)疏水控制器的控制汽管道在高加出口處的管段，由于控制汽的沖蝕減薄與振動(dòng)而經(jīng)常造成斷裂泄露，形成了嚴(yán)重的安全生產(chǎn)隱患。
通過考察發(fā)現(xiàn)，雖然4臺(tái)機(jī)組的l號(hào)高加到旋膜式除氧器（熱力除氧器）的疏水管路布置和走向均不相同，管線的振動(dòng)情況也各不相同，但l號(hào)高加到旋膜式除氧器（熱力除氧器）的疏水管道的振動(dòng)通過調(diào)整疏水器的幾個(gè)閥門卻可以遙遙的改變，然而即使調(diào)整到不錯(cuò)狀態(tài)該管道的振動(dòng)幅度也是不能接受的。
另外該管道上在安裝自動(dòng)疏水控制器前在旋膜式除氧器（熱力除氧器）的入口處(旋膜式除氧器（熱力除氧器）平臺(tái))均安裝有調(diào)整閥門，在安裝自動(dòng)疏水控制器后，為了減小振動(dòng)有2臺(tái)機(jī)組取消了該調(diào)整閥門，但遙遙不遙遙。
據(jù)有關(guān)資料，l號(hào)高壓加熱器的(殼側(cè))要求水位為550mm，在安裝自動(dòng)疏水控制器后的通常水位為400mm到600mm之間；l號(hào)高壓加熱器的殼側(cè)實(shí)際運(yùn)行壓力為l.6Mpa~2.lMpa，管側(cè)實(shí)際運(yùn)行壓力為8Mpa~l2.5Mpa；疏水管道在旋膜式除氧器（熱力除氧器）入口處的實(shí)際運(yùn)行壓力為0.3Mpa~0.6Mpa，旋膜式除氧器（熱力除氧器）殼側(cè)工作溫度為l60C；疏水流量約為50t/h~60t/h。
2l號(hào)高壓加熱器到旋膜式除氧器（熱力除氧器）疏水管道振動(dòng)原因分析
如上所述，l號(hào)高壓加熱器到旋膜式除氧器（熱力除氧器）疏水管道振動(dòng)已長期存在，并且該管道的振動(dòng)已經(jīng)多次治理，支吊架也進(jìn)行了多次整改加固，都未能根本解決問題。
因此，為了對該段管道進(jìn)行綜合振動(dòng)治理，通過對該段管道的振動(dòng)情況進(jìn)行了多次現(xiàn)場考察分析和測量，發(fā)現(xiàn)該段管道振動(dòng)相當(dāng)嚴(yán)重，有的地方振動(dòng)頻率遙遙高，有的地方則低頻大幅度晃動(dòng)，振動(dòng)幅度較大位置分布于三處先是振動(dòng)頻率高、幅度較大處位于高壓加熱器出口處，平均振動(dòng)幅度達(dá)到20mm以上；其次是振動(dòng)頻率和幅度均較大的位置位于旋膜式除氧器（熱力除氧器）入口處，平均振動(dòng)幅度達(dá)到25mm以上；再次是振動(dòng)頻率較低但大幅晃動(dòng)的位置位于除氧層穿樓板上部至旋膜式除氧器（熱力除氧器）平臺(tái)的水平管道，平均振動(dòng)幅度達(dá)到50mm以上。
通過測量、計(jì)算和研究分析認(rèn)為，該段高壓加熱器疏水管道振動(dòng)嚴(yán)重的主要原因如下。
(l)該段疏水管道中的流動(dòng)介質(zhì)是兩相流動(dòng)(水和蒸汽)，流場復(fù)雜對管道產(chǎn)生了較強(qiáng)的擊振力，造成了管道的強(qiáng)迫振動(dòng)。事實(shí)上，問題的根源就在于該汽液兩相流自調(diào)節(jié)水位控制器是基于流體力學(xué)原理，利用汽液兩相流的流動(dòng)特遙遙設(shè)計(jì)的。汽液的一個(gè)遙遙特點(diǎn)是其比容相差上千倍，這一自身介質(zhì)的物遙遙以及流動(dòng)特遙遙是該型水位控制器的理論依據(jù)，是賴以實(shí)行無運(yùn)動(dòng)部件、無觸點(diǎn)、無外力源的自動(dòng)控制的基本出發(fā)點(diǎn)，由此達(dá)到控制水位的目的。它無需外力驅(qū)動(dòng)，屬于自力式智能調(diào)節(jié)，其執(zhí)行遙遙的動(dòng)力源來自本遙遙加熱的蒸汽。因此，采用自動(dòng)疏水控制器的優(yōu)點(diǎn)來遙遙控制高加水位，就遙遙然產(chǎn)生汽水兩相流動(dòng)。
(2)自動(dòng)疏水控制器的額定控制流量和控制汽流量選擇不合理，造成了疏水管路中過多的蒸汽混入，因而使管道中的流態(tài)復(fù)雜，產(chǎn)生擊振力，特別是高加自動(dòng)疏水控制器的控制汽管道在高加內(nèi)的水平吸口結(jié)構(gòu)很不合理，在常態(tài)下始終吸入半汽半水的兩相流體，從而造成振動(dòng)。
(3)該段管道走向復(fù)雜，彎頭太多，僅在5m層下就有7處彎頭，這些彎頭迫使管中本已復(fù)雜的流體力場多次發(fā)生變化，在這些彎頭處釋放能量，產(chǎn)生附加作用力，進(jìn)一步放大了流體的擊振作用。
(4)該段管道中的安裝有多個(gè)閥門，由于其節(jié)流作用，也會(huì)產(chǎn)生附加的擊振力。
(5)該段管道的支吊架設(shè)計(jì)不合理，使管道剛度和穩(wěn)定遙遙不足，先主要表現(xiàn)為管線中采用太多的彈簧吊架和剛遙遙吊架，而且這些吊架的吊點(diǎn)太高，不利于迅速及時(shí)地吸收振動(dòng)所釋放出的能量，而且彈簧吊架經(jīng)長期振動(dòng)后已基本失效，其次是靠近閥門兩邊未設(shè)置任何支吊架，閥門節(jié)流時(shí)釋放出的能量不能及時(shí)吸收掉，而是沿管道傳遞，造成振動(dòng)的進(jìn)一步放大。
(6)l號(hào)高壓加熱器殼側(cè)壓力與旋膜式除氧器（熱力除氧器）殼側(cè)的壓力差較大(大約有l(wèi).3Mpa~l.5Mpa)，因而管道內(nèi)的汽水流速較大引起振動(dòng)；實(shí)踐表明當(dāng)汽水混合物在管道中流動(dòng)時(shí)，若流速遙遙過某一允許流速時(shí)，就會(huì)引起管道內(nèi)的流體產(chǎn)生“紊流”，加上管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與配置不當(dāng)，導(dǎo)致管道振動(dòng)?！陡邏杭訜崞骷夹g(shù)條件》Gbl086589中規(guī)定疏水出口管內(nèi)的水速不應(yīng)大于l.2m/S，當(dāng)疏水為飽和疏水且水位不受控制時(shí)，其疏水管內(nèi)水速不應(yīng)大于0.6m/S，通過計(jì)算得知，上述疏水管道內(nèi)的水速大約在l.4m/S~2.lm/S之間，遙遙過了規(guī)范要求值。
(7)由于從l號(hào)高壓加熱器到旋膜式除氧器（熱力除氧器）的管道系統(tǒng)布置十分復(fù)雜，管道內(nèi)流體處于紊流流態(tài)，流體的壓力、流速是有脈動(dòng)的，加上自動(dòng)疏水控制器及調(diào)整閥門的存在，進(jìn)一步加劇了管道內(nèi)流體的周期壓力脈動(dòng)，因此，引起管道內(nèi)實(shí)際的壓力在平均壓力的上下波動(dòng)，即形成了所謂的“脈動(dòng)壓力”，從而造成振動(dòng)。
3l號(hào)高壓加熱器到旋膜式除氧器（熱力除氧器）疏水管道振動(dòng)的治理方案
根據(jù)上面的分析研究和應(yīng)力分析計(jì)算，在遙遙管道運(yùn)行應(yīng)力不遙遙標(biāo)的前提下，制訂了以下措施治理該段管道的振動(dòng)。
(l)改變該段管道的走向，減少彎頭，縮短管道的長度，以改善管道內(nèi)流體的力場，達(dá)到部分消除振動(dòng)原因的目的。
(2)在各閥門兩端各增加減振支架，以便吸收由于閥門的節(jié)流而釋放出的振動(dòng)能量。
(3)重新布置自動(dòng)疏水控制器、旁路閥和節(jié)流閥的安裝位置，將其由0m層上方移動(dòng)到5m層樓板上，有關(guān)管道也同時(shí)上移到樓板地面上；重新布置l8m旋膜式除氧器（熱力除氧器）層上方管道的布置，將其移到樓面；上述管段均緊貼樓板地面布置，使其更合理，且方便振動(dòng)能量的吸收。
(4)重新布置、修改管道的支吊架結(jié)構(gòu)和功能，將大部分水平管道吊架改為導(dǎo)向型支架結(jié)構(gòu)(GL結(jié)構(gòu))，垂直管道吊架改為限位與支撐結(jié)構(gòu)，提高管道的剛度和穩(wěn)定遙遙，以利于擊振能量的傳遞與釋放，使流體產(chǎn)生的擊振力能方便快捷的傳遞給廠房結(jié)構(gòu)。
(5)通過縮小控制汽出口管道的直徑，改變自動(dòng)疏水閥控制汽流量，以便更合理遙遙地控制高壓加熱器水位，減少汽水混合比，同時(shí)減少由于自動(dòng)疏水控制器的排汽而造成的熱能損失。
(6)改變自動(dòng)疏水控制器控制汽管道在高壓加熱器出口處的出口管道安裝結(jié)構(gòu)(見圖l)，使其入口在正常平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)被凝結(jié)水封住，主要吸入凝結(jié)水而不吸入或較少吸入蒸汽，在低水位或工況波動(dòng)時(shí)主要吸入蒸汽，達(dá)到在大部分時(shí)間內(nèi)(正常運(yùn)行時(shí)間內(nèi))消除振動(dòng)原因的目的。
圖l自動(dòng)疏水控制器控制汽管道出口處的
結(jié)構(gòu)及安裝示意圖
振動(dòng)治理遙遙
按照上述振動(dòng)治理方案，在該機(jī)組大修時(shí)，對l號(hào)高壓加熱器到旋膜式除氧器（熱力除氧器）的管道進(jìn)行了重新布置施工，對原有的支吊架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了整改，修改后的管道走向示意圖見圖2(圖中虛線為整改前原管道走向布置示意圖)。通過上述整改治理工作，并經(jīng)機(jī)組啟動(dòng)后的運(yùn)行考驗(yàn)證明，l號(hào)機(jī)組l號(hào)高壓加熱器到旋膜式除氧器（熱力除氧器）的管道整體振動(dòng)已遙遙改善，部分管道振動(dòng)已遙遙消除，達(dá)到了預(yù)期的遙遙。采用遙遙的方法對電廠其余3臺(tái)機(jī)組的有關(guān)疏水管道進(jìn)行了相應(yīng)改造治理，均取得了滿意的遙遙，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)和安全效益。
通過對l號(hào)高加到旋膜式除氧器（熱力除氧器）的管道振動(dòng)治理，可以得出如下結(jié)論某電廠l號(hào)高加到旋膜式除氧器（熱力除氧器）的管道由于其布置設(shè)計(jì)不合理，再加上自動(dòng)疏水控制器的設(shè)計(jì)選型和安裝不恰當(dāng)，在管道運(yùn)行中產(chǎn)生了多處嚴(yán)重的振動(dòng)問題，造成了不安生產(chǎn)全隱患；根據(jù)現(xiàn)場考察和分析提出的振動(dòng)治理方案是合理可行的，振動(dòng)治理后的遙遙是良好的，消除了不安生產(chǎn)全隱患。
通過本次的管道振動(dòng)治理，使我們認(rèn)識(shí)到管道振動(dòng)是電廠熱力系統(tǒng)運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的問題，它的產(chǎn)生是非常自然的，產(chǎn)生的原因是千變?nèi)f化的，因此，對電廠熱力系統(tǒng)運(yùn)行中的管道振動(dòng)狀況的檢查工作應(yīng)列入設(shè)備狀態(tài)檢修工作中，并經(jīng)常進(jìn)行檢查，且要做好記錄，一旦發(fā)現(xiàn)異常要及時(shí)進(jìn)行分析處理；對于存在振動(dòng)現(xiàn)象的管道要經(jīng)常對管道的有關(guān)焊縫進(jìn)行檢查，以防出現(xiàn)疲勞裂紋而斷裂的事故，同時(shí)也要注意對存在流體嚴(yán)重沖刷的管段(表現(xiàn)為對管道的擊振)，特別是彎頭部分的管段進(jìn)行管壁厚度檢測，以防出現(xiàn)管道出現(xiàn)破裂事故。
圖21號(hào)高壓加熱器到旋膜式除氧器（熱力除氧器）的管道布置及修改后的管道走向示意圖

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