熱水循環罐震動分析及處理

摘 要:對冷軋廠的熱水罐熱試時產生的震動原因進行分析，并提出幾個改造措施，通過對蒸汽減壓、減小進汽管徑、改變加熱形式、調整支吊架設置等方法，減小震動，消除噪音

關鍵詞:蒸汽管道熱水罐震動水擊

中圖分類號:TK2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(b)-0054-01

1 現狀描述

冷軋帶鋼表面清潔程度對產品質量有較大影響，所以帶鋼表面都要清洗，帶鋼的清洗方法主要有:化學清洗、物理清洗、電解清洗等，清洗后的帶鋼的表面質量可滿足高質量板面要求。某工程的脫脂清洗流程中設置有一個～20m3的熱水罐，熱水罐的基本工作原理:向罐內通蒸汽，將罐內的脫鹽水的溫度加熱到70℃左右，用熱水刷洗或漂洗帶鋼上的脫脂劑等。在該熱水罐熱試的過程中熱水罐發生劇烈的震動，導致罐體及罐體上的閥門局部發生破裂。其中，加熱用蒸汽的工作壓力約0.5～0.7MPa，溫度約180℃，罐內脫鹽水的溫度為常溫。

2 事故分析

根據現場分析，該熱水罐及進水罐的蒸汽管道中發生了水擊現象。水擊又稱水錘，是由于蒸汽或水突然產生的沖擊力，使管道或設備發出響聲或震動的現象。水擊是一種特殊的流體力學現象，水擊發生時往往會發出噪音，有時還會發生管道、管件或設備的損壞，造成動力供應中斷或生產停滯，對工廠生產造成經濟損失，甚至造成人員傷亡。根據現場實際情況，分析事故原因如下:

2.1 蒸汽管道中發生水擊

在供汽前暖管不充分，沒進行充分疏水，在進汽管道內汽、水混合物一起流動，快速流動的蒸汽推動液態水向前流動，水在流動過程中受到的摩擦阻力要大于蒸汽流動受到的摩擦阻力，蒸汽不能高速流動，必然推動液態水快速向前流動(一般蒸汽流速30～50m/s，水流速6m/s)，撞擊管道內壁，特別是水流撞擊管道拐彎處，部分液態水繼續向前流動，部分反射回流動反方向，與下一團液態水向前再撞擊去，周而復始，不斷的撞擊和反射，管道震動會越來越大，直到蒸汽管道內無水。

2.2 熱水罐內發生水擊

高溫蒸汽突然遇到脫鹽水，蒸汽迅速凝結成水，體積縮小，產生局部真空，水滴高速沖向真空區域，從而產生水擊。另外局部水被蒸汽加熱沸騰，汽水產生共騰，也會引起罐體震動。

3 技術改造措施

(1)在通蒸汽前進行充分暖管，并在蒸汽管道最低點安裝疏水閥，最高點安裝排汽管道，并且在通蒸汽前，將管道內的凝結水排干凈

(2)降低進口蒸汽的壓力和流速，可以減少水擊發生的機率，所以現場在蒸汽管路上安裝減壓閥組，將系統的蒸汽壓力減到0.2～0.3MPa。

水擊強度計算公式:△P=βα (V-V0)

公式中:β—流體速度;α—水擊波傳播速度;V—流體速度;V0—關閉時間T后的流體速度

本工程中蒸汽直接通入水箱的水中， V0=0，由此得出最大水擊公式為:

△P=βαV

可見通過安裝減壓閥降低了蒸汽的流速，可以減小水擊的強度。

(3)減小進汽管徑，將進汽管徑由DN100減小到DN80，同時為保證熱交換量，將進汽管由4根改成6根，增大汽水混合的接觸面積，避免產生局部真空。

水擊波傳播速度公式:

α=μ

公式中，μ:水中聲波的傳播速度，μ=1425m/s，E0:流體的彈性模量，E:管材的彈性模量，D:管道的直徑，δ:管道的嬖厚

可見減小進汽管的管徑可以減小水擊波的傳播速度，從而減小水擊強度。

(4)改變加熱的型式，由蒸汽直通入水罐的方式，將進汽管改成盤管式的加熱方式，同時將盤管每間隔60mm開一個Φ15的小孔，同時也增大了換熱面積。

在保證換熱面積的前提下，盡量將加熱小孔的面積縮小，保證分散在水中的每股蒸汽束凝結產生的真空區相對小一些，真空區內的水互相撞擊產生的噪音與震動也相對小些。

(5)合理布置進蒸汽管的管道間距，以免蒸汽迅速凝結成水時，水流相互碰撞互相干擾產生共震。

(6)調整支吊架設置，在滿足熱膨脹的前提下，盡量設置固定支架。

4 結論

熱水循環罐通過上述改造以后，水罐震動和噪音明顯減小，運行平穩。水擊現象往往多發生在系統開始運行階段，所以在設計合理的前提下，還要在廠里建立完善的管理和操作規程，運行前注意排空蒸汽管道的存水，同時送汽時要做到緩慢、平穩、均勻，運行中要加強維護，及時疏水。

參考文獻

[1]宋傳志，孫薇.淺談熱水供熱管網中的水擊問題.民營科技，2010(5).

[2]楊天成.管道水擊的防治.云南電力技術，2006(2).

[3]劉爾博，張鴻宇.鍋爐運行中水擊事故的原因及處理.林業勞動與安全，2002(5).

[4]趙亂成.蒸汽管道中的水擊.西安建筑工程學院學報，1999(1)