降低空冷島凝結水下降管道振動研究

摘 要：國內某電廠2臺600MW亞臨界空冷機組，自投運以來，春、秋季空冷凝結水下降管振動一直是困擾機組安全運行的一大難題。長期強烈的沖擊振動，曾使焊口開裂，固定件松脫。在不斷總結和摸索基礎上，檢修人員通過在凝結水下降管上加裝穩流罩，使這一問題得到徹底解決。

關鍵詞：空冷機組；管道；消振；治理；穩流

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）26-0127-01

1 空冷系統概述

國內某電廠2×600MW亞臨界空冷機組，采用斯比克冷卻技術有限公司生產的SRC型單排管機械通風直接空冷系統，單機換熱面積1605780㎡，共8列7排56臺風機，每列設兩個逆流單元?？绽湎到y自投運以來，春、秋季空冷凝結水下降管沖擊振動頻發，長期的強烈沖擊振動，曾使固定件松脫、焊口撕裂、真空泄漏。

2 空冷凝結水系統結構

空冷系統每一列凝結水下聯箱在逆流排處設兩個排出口，蒸氣凝結成水后由排出口流入該列凝結水支管；1-4列和5-8列的各凝結水支管分別在緊貼空冷島下部匯成兩段橫向母管，每段母管接下行的“S”型下降管，在距地面2.5m高度處轉為水平管道進入汽輪機排汽裝置，凝結水靠自然重力回流至熱井。空冷島下部兩橫向凝結水母管在相鄰的端部設有向上的彎曲“Ω”型聯絡管，以保持兩段背壓均衡。因該地區不屬于高寒地區，初設時，室外空冷凝結水系統的保溫做到距地面13m的高度。發生沖擊振動的部位在“S”型下降管轉彎處。在負壓區內的高溫凝結水迅速汽化，產生大量汽泡，汽泡受壓破裂，水流質點四周的沖擊頻率達每分鐘2～3萬次，在這極微小的面積上壓力常達幾十至百個MPa，極大的機械破壞力撞擊管道，使管道表面損壞，同時產生刺耳的噪音和強烈的振動。

3 空冷凝結水下降管振動現象

（1）通過數據分析得出結論，凝結水下降管沖擊振動多發生在環境溫度在-5～20℃左右，集中表現在春秋兩季。

（2）現場測量凝結水下降管段的振顫數據得知，振幅最大達1.0cm，水沖擊產生劇烈響聲在15m處監測達135dB以上。

（3）經長時間就地監測，發現機組運行時間越長，凝結水下降管振動程度越大。

（4）有保溫的凝結水下降管振動幅度和頻率比全裸下的下降管振動幅度、頻率小。

4 振動機理分析

空冷凝結水在流動過程中引發的沖擊振動，實質上是由于管道內存在的汽水兩相流現象引起的，凝結水中摻雜的氣泡匯聚、變大、受力、破裂造成，原理等同于離心式水泵的汽蝕。具體成因可以概括為以下幾點：

（1）同一列不同區域的蒸汽分配不均勻。冷卻過程中，客觀條件的差別造成翅片管臟污程度不同，這就造成了各區域的凝結水溫度不同。

（2）同一列的不同區域真空存在差別。逆流列真空最低，從該列其他單元流來凝結的飽和水和部分帶有汽泡的不飽和水，流至背壓較低的逆流列時就會形成過飽和水，產生蒸汽泡，蒸汽泡來不及釋放就在該列流入凝結水母管，從各列來的帶有汽泡的凝結水在母管中匯合，向下流入下降管，在下降管中蒸汽泡的向下的流速低于凝結水的流速，于是原來的汽泡就會和流來的小氣泡匯合使汽泡變大，流速又變慢，下降過程中逐漸變大；轉彎過程中汽泡會受擠壓，越向下流，凝結水的壓力相對越高，在這三重作用下，大氣泡破裂，形成強烈水沖擊“水錘”現象。

（3）管道內流體處于飽和狀態。在流動過程中汽液兩相轉化，形成汽水兩相流動，飽和的凝結水在管道內流動過程中汽態液態交替轉化。當流速交替變化的凝結水流過下降管的彎頭時會對管道形成交替的沖擊作用力，導致管道延作用力方向振動。

綜上原因形成的氣泡達到一定的數量，在流經下降管過程中，水流的速度大于氣泡下降速度，氣泡會形成擁擠、匯聚由小變大，管道內流體處于飽和狀態。在流動過程中汽液兩相轉化，形成汽水兩相流動，飽和的凝結水在管道內流動過程中汽態液態交替轉化，當流經下降管彎道處，流速放緩，氣泡周圍的壓力升高，加上凝結水在下降中溫度一直是降低的。因此在此處使大氣泡急劇破裂形成水沖擊，導致凝結水下降管產生劇烈聲響及振動。

5 處理辦法

通過分析管道振動的原因、查看現場管道布置、結合運行人員平時在調整空冷風機運行方式消除凝結水下降管道振動時的經驗總結。計劃在空冷島凝結水下降母管標高33m、25m處管道內分別加裝一組穩流罩，通過消除流體對管道的彎頭處沖擊，緩減下降管的振動。穩流罩加裝要求不影響流量，又可起到擾流，防止汽泡聚集變大，把大氣泡打碎成小氣泡，不再發生強烈的水沖擊。以下是穩流罩制作的具體技術要求、材料清單及安裝方法：

（1）穩流罩用厚25mm碳鋼板制作，寬度空冷凝結水下降水管道振動部位80mm；在？準660mm凝結水管道上開孔，要求開孔孔徑？準200mm，將穩流罩在管道內焊接好后恢復好凝結水管道。

（2）穩流罩與凝結水下降管道軸向保持垂直，保證穩流效果達到最佳。

（3）嚴格按照焊接規程進行施工，管道安裝完畢后所有焊縫做100%無損探傷。

（4）凝結水下降管道開孔采用機械方式，不允許采用火焊方式，開孔后要將管內雜物清理干凈。

（5）管道切割、打坡口全部采用機械方式，不允許采用火焊方式。

（6）所有管道焊口采用V型坡口及氬弧焊打底、電焊蓋面，穩流罩與凝結水下降管道連接焊口的焊絲型號為J50、？準2.5mm，焊條型號為J507、？準3.2mm。

（7）穩流罩與凝結水下降管道焊接后焊口進行100%探傷。

（8）穩流罩安裝時，先將焊接完成的穩流罩運送至空冷島45m平臺走廊就位點上方，空冷島下方在需要安裝穩流罩的凝結水下降管彎頭處圍繞凝結水下降管搭設3m×3m×33m的腳手架，并鋪設完畢腳手板備用。在穩流罩就位點上方走廊上開孔，使用手拉葫蘆等吊具將穩流罩緩慢放至需要更換的凝結水管段處，采取機械切割方法將凝結水下降管切除，將穩流罩安裝就位，并保證就位后穩流罩與凝結水下降管管道軸線保證垂直，然后嚴格按照焊接規程進行施焊，焊接完成后進行無損探傷，從而保證焊接質量。

（9）穩流罩安裝完并檢驗合格后，在凝結水下降管道加裝保溫及鐵皮外護，保溫層厚度不小于100mm。

6 結 論

經過對空冷換熱管束凝結水下水管道振動的分析治理，振動問題完全得到了控制，穩流裝置多層擾流，使已產生的氣泡不再聚集變大，從根本上解決了空冷系統凝結水下降管沖擊振動問題，此處理方法對管道存在的類似振動有良好的借鑒意義。

參考文獻

[1]《火力發電廠汽水管道設計技術規定》（DL/5054-1996）.

[2]SPX.600MW亞臨界機組直接空冷凝汽器設計說明書[P].2006.

收稿日期：2018-8-4