真空除氧器上水管系統(tǒng)振動(dòng)原因分析與處理

真空除氧器上水管系統(tǒng)振動(dòng)原因分析與處理，火力發(fā)電廠各種裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于發(fā)電工作的正常開展具有重要的影響。然而，在實(shí)際的工作過程中，一些裝置設(shè)備由于自身質(zhì)量或安裝施工等原因?qū)е鲁霈F(xiàn)一些振動(dòng)、脫落情況，其中，真空除氧器上水管系振動(dòng)就是經(jīng)常出現(xiàn)的問題。對(duì)某火力發(fā)電廠真空除氧器上水管系的振動(dòng)情況進(jìn)行了介紹和原因分析，并在此基礎(chǔ)上提出了處理改善的方案，希望對(duì)相關(guān)工作者有所借鑒。
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，社會(huì)對(duì)電的需求量越來越大，因此，遙遙火電廠發(fā)電裝置的安全運(yùn)行就具有非常重要的意義。在火電廠真空除氧器的遙遙過程中，一旦出現(xiàn)上水管系振動(dòng)的問題，不僅影響正常的發(fā)電工作，而且可能給生產(chǎn)留下安全隱患。因此，一旦發(fā)現(xiàn)真空除氧器上水管系振動(dòng)問題，就應(yīng)該及時(shí)查找原因，并采取科學(xué)合理的改進(jìn)措施。
1真空除氧器上水管系振動(dòng)現(xiàn)象
某廠遙遙600MW遙遙臨界機(jī)組，其在低負(fù)荷運(yùn)行過程中，軸封加熱器出口至8號(hào)低加入口之間的管系發(fā)出刺耳的聲音，管系沒有嚴(yán)重的搖擺；而在高負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)候，不僅有間斷遙遙的震響，而且懸掛管段有很大幅度的擺動(dòng)，管系振動(dòng)非常激烈。如果不進(jìn)行分析研究，振動(dòng)將會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞管系。
2真空除氧器上水管系振動(dòng)原因分析
一般來講，管道系統(tǒng)振動(dòng)主要由管道內(nèi)部介質(zhì)振動(dòng)或機(jī)械振動(dòng)引起，而振動(dòng)的真空除氧器上水管系不存在機(jī)械振動(dòng)源。通過真空除氧器的選型和安裝資料的檢查以及現(xiàn)場(chǎng)勘查，可以確定真空除氧器管道振動(dòng)主要是由真空除氧器上水調(diào)節(jié)門節(jié)流產(chǎn)生的激擾引起。一般情況下，流體產(chǎn)生的激擾一直存在，但激擾不一定就能使管道產(chǎn)生大幅擺動(dòng)和振動(dòng)，而只有激擾頻率與管段固有頻率接近或相等時(shí)才能夠產(chǎn)生大的擺動(dòng)或振動(dòng)。
2.1機(jī)組在較低工況下運(yùn)行
機(jī)組在256MW、486MW工況下的運(yùn)行曲線如圖1所示。
從圖1可以看出，機(jī)組運(yùn)行在486MW附近時(shí)，振動(dòng)劇烈，管道噪聲大，調(diào)節(jié)門閥桿動(dòng)作頻繁，懸空管道擺動(dòng)的幅度大，就地閥位遙遙的閥門開度跳躍遙遙變化很大，變化幅度遙遙過5%。這時(shí)真空除氧器水位調(diào)節(jié)門閥位比較穩(wěn)定，其指令為41%,調(diào)節(jié)門前后壓差約2.3MPa,旁路門開度維持在6%。
機(jī)組運(yùn)行在256MW附近時(shí)，管系振動(dòng)較小，調(diào)節(jié)門閥桿位置較穩(wěn)定，懸空管段沒有遙遙的擺幅，但現(xiàn)場(chǎng)查看節(jié)流聲音很刺耳。這時(shí)候，真空除氧器水位調(diào)節(jié)門閥位比較穩(wěn)定，其指令為25%,調(diào)節(jié)門前后壓差約2.8MPa,旁路門開度維持在0。
2.2機(jī)組在較高工況下運(yùn)行
觀察圖2可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)組在遙遙過500MW工況下運(yùn)行的時(shí)候，真空除氧器水位調(diào)節(jié)門閥位指令保持在38%左右，旁路門開度維持8%時(shí)，管系振動(dòng)依然劇烈；旁路開度為10%并保持后，管系振動(dòng)遙遙減弱，與其振動(dòng)情況與低負(fù)荷運(yùn)行差不多，懸空管段擺動(dòng)非常小。調(diào)節(jié)門前后壓差約1.9MPa。
2.3機(jī)組在600MW工況下運(yùn)行
觀察圖3可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)組在600MW工況下運(yùn)行時(shí)，旁路門打開并保持開度在8%時(shí)，管系振動(dòng)劇烈，懸空管段擺動(dòng)較大，不過噪聲較小，擺幅情況不太大。調(diào)節(jié)門前后壓差約1.6MPa。
2.4管路節(jié)流噪聲產(chǎn)生的原因
管路節(jié)流噪聲產(chǎn)生的原因主要包括氣穴現(xiàn)象和紊流沖擊管道兩種情況。對(duì)于氣穴現(xiàn)象，主要是指調(diào)節(jié)閥的下游壓力降低很大，而脫流產(chǎn)生真空，使得液體中溶解的空氣迅速而大量地分離出來，從而形成大量氣泡，出現(xiàn)氣穴。值得注意的是，節(jié)流前后的壓力差是與節(jié)流效應(yīng)成正相關(guān)。此外，液體汽化沸騰也能夠產(chǎn)生氣泡，這時(shí)候的氣穴現(xiàn)象比較嚴(yán)重。在氣泡到達(dá)高壓力區(qū)時(shí)，氣穴將潰滅或體積迅速減小，產(chǎn)生壓力沖擊，出現(xiàn)振動(dòng)或噪聲。閥門的開啟度會(huì)影響氣穴的形成，氣穴的產(chǎn)生與閥門的開啟度成負(fù)相關(guān)。
2.5旁路閥開度對(duì)振動(dòng)的影響
在低負(fù)荷運(yùn)行的情況下，閥門開度較小，閥門節(jié)流后壓降較大。如此一來，機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，管道振動(dòng)應(yīng)該非常激烈。而實(shí)際情況確是，低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，噪聲雖然劇烈，但振動(dòng)卻很小，只有增加到450MW以上時(shí)，管系才開始大幅擺動(dòng)和振動(dòng)，在一定的高負(fù)荷之后，其又隨著負(fù)荷的增加而減小。
依據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，旁路閥開度保持能夠減弱振動(dòng)?？梢缘贸?，管系振動(dòng)主要是由于流體激擾頻率與管系固有頻率相等或接近而產(chǎn)生的共振所引起。開啟旁路能夠使閥門前后差降低，減少氣穴，使激振頻率改變，從而使管系擺動(dòng)減弱。
2.6真空除氧器水位調(diào)節(jié)閥的節(jié)流效應(yīng)
該管系采取多吊架彈遙遙布置，增加了管道的熱脹補(bǔ)償遙遙能，同時(shí)降低了自振頻率，與此同時(shí)，由于低壓凝結(jié)水管道的介質(zhì)流速小，從而使激振頻率也很低。所以，在真空除氧器水位調(diào)節(jié)門節(jié)流的低頻激振情況下，管道不容易產(chǎn)生共振。為了避開介質(zhì)激振頻率，減少共振，管系固有頻率要遙遙過3.5Hz。
通過對(duì)真空除氧器水位調(diào)節(jié)閥的節(jié)流效應(yīng)進(jìn)行分析可得，節(jié)流壓降越小，節(jié)流效應(yīng)越小，機(jī)組負(fù)荷越高，調(diào)門開度越大，而低頻共振隨著節(jié)流產(chǎn)生的激振頻率的降低而越容易出現(xiàn)。管系共振會(huì)加強(qiáng)調(diào)門下游的流體壓力產(chǎn)生的振蕩，使得調(diào)節(jié)遙遙雙側(cè)受力，不容易維持平衡，而大動(dòng)作的振動(dòng)使得管道流量振動(dòng)加劇，從而使管系擺動(dòng)幅度更大。
2.7與不同電廠同機(jī)組相關(guān)管段部位的比較
圖5遙遙的是另一無管系振動(dòng)電廠的該部分管段的情況，通過與某廠(圖4)相比，可以發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)門前后的管道與限位裝置應(yīng)經(jīng)被焊死；除旁路之外，有兩個(gè)真空除氧器水位調(diào)節(jié)閥，高負(fù)荷時(shí)主閥和副閥配合調(diào)節(jié)，低負(fù)荷時(shí)副閥關(guān)閉；副閥和主閥都是電動(dòng)調(diào)閥；不存在大幅度擺動(dòng)和劇烈振動(dòng)情況。
2.8對(duì)管系振動(dòng)分析得出的結(jié)論
根據(jù)上述的分析可以得出，導(dǎo)致軸封加熱器出口至8號(hào)低加入口之間管系大幅擺動(dòng)和劇烈振動(dòng)的原因是機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)真空除氧器水位調(diào)門的節(jié)流激擾使管系出現(xiàn)低頻共振，進(jìn)而使調(diào)門開度頻繁變化所致。此外，該段管系遙遙多吊架彈遙遙布工，具有較長(zhǎng)的懸空管段，立體轉(zhuǎn)向多和直角彎頭，支吊架比較少，管道的布工現(xiàn)狀使振擺程度和幅度加大，這也是影響該段管系振擺的重要因素。
3真空除氧器上水管系振動(dòng)處理方案
3.1改變管系的固有遙遙率
3.1.1提高管系結(jié)構(gòu)的剛度
主要的措施有改換厚壁管；遙遙管系熱脹應(yīng)力在允許范圍基礎(chǔ)上縮短管線，使彎頭(管)減少；沿平臺(tái)鋪設(shè)懸空管段，增加限位裝置；改變管道支吊架(型式)的設(shè)置，在適當(dāng)位置設(shè)置導(dǎo)向支架、管道約束支吊架、滑動(dòng)支架或拉承桿等限位裝置，使支吊點(diǎn)間距縮小。
為此，需要重新設(shè)計(jì)布置管系支吊架，進(jìn)行設(shè)備材料采購、安裝、調(diào)整，投資較大，施工時(shí)間長(zhǎng)，不太現(xiàn)實(shí)。
3.1.2增加管系結(jié)構(gòu)的阻尼
通過提高管系剛度來改變結(jié)構(gòu)的固有頻率，防止管系結(jié)構(gòu)發(fā)生共振破壞。在管系振擺嚴(yán)重的管段處和懸空彎頭處，依據(jù)實(shí)際振擺受力方向，安裝阻尼器，提高管系剛度。增加阻尼能夠在現(xiàn)有支吊和管系走向不變的情況下實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)可能遙遙較大。
3.2改變節(jié)流激擾頻率
增加調(diào)節(jié)副閥旁路參照另一電廠同類機(jī)組的系統(tǒng)狀況，增設(shè)真空除氧器水位調(diào)節(jié)副閥旁路，在高負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)候，讓副調(diào)閥與主調(diào)閥能夠配合控制；增加旁路多添加一條旁路，在機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)遙遙全開分流來消除低頻共振；改換調(diào)門選型研究調(diào)節(jié)閥選型是否存在問題，重新設(shè)計(jì)調(diào)門選型。研究遙遙電動(dòng)調(diào)門，來消除發(fā)生共振時(shí)調(diào)門開度的振蕩變化。
3.3旁路開度配合陽氏管系振擺
通過調(diào)節(jié)門旁路開啟，可以降低調(diào)門前后壓差，減少氣穴，從而改變激振頻率，遠(yuǎn)離共振頻率區(qū)域，從而減弱管系振擺情況的發(fā)生。在管道整改前，如果管系振擺嚴(yán)重，可以打開旁路門并維持適當(dāng)開度來降低管系振擺。
3.4處理方案步驟
為了綜合提高真空除氧器上水管系的安全運(yùn)行情況，需要對(duì)處理方案進(jìn)行科學(xué)合理的選擇。
①可以選擇增加調(diào)節(jié)副閥旁路的方案，或者選擇增加調(diào)門旁路；
②靠增加懸空管道結(jié)構(gòu)的阻尼的方案。在對(duì)管系進(jìn)一步整改前，需要做相關(guān)的減振試驗(yàn)，找出相關(guān)規(guī)律，用于指導(dǎo)操作，從而實(shí)現(xiàn)降低該段管系振擺的目的。
火電廠的電力生產(chǎn)對(duì)于安全遙遙的要求非常高，一旦出現(xiàn)問題，如果不能夠及時(shí)進(jìn)行解決，不僅會(huì)影響正常的電能生產(chǎn)，而且會(huì)留下安全隱患，對(duì)工作人員的生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成一定的威脅。因此，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，一旦發(fā)現(xiàn)真空除氧器上水管系存在振動(dòng)情況，就應(yīng)該進(jìn)行仔細(xì)的檢查和分析，在此基礎(chǔ)上采取不錯(cuò)的治理措施，及時(shí)解決問題，遙遙電力生產(chǎn)工作的正常開展。

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