電廠鍋爐給水管道晃動問題分析及解決

摘 要:本文對電廠機組啟動期間鍋爐給水管道晃動問題進行了分析研究，發現上述問題是水錘現象。通過多項具體的對應措施，最終解決了管道晃動問題。

越南錦普電廠二期是廣東火電承擔主體建筑施工，東北電科院負責整組調試，廣東火電調試所負責單體設備調試的工程項目。該電廠采用2×545t/h循環流化床鍋爐、1×300MW汽輪發電機組#3#4鍋爐兩爐一機的形式。該鍋爐側給水閥安裝在鍋爐給水平臺，分為一主路一旁路。平時給水走旁路。主路旁路均由一揚州閥門廠的電動截止閥，一ABB公司的氣動調節閥組成。

機組在沖轉等各種實驗順利完成，停機消缺了一段時間后，準備再次啟動，完成720h試運行。前期各項工況良好。在啟動電動給水泵向鍋爐供水時，巡檢人員發現#3鍋爐給水平臺上的鍋爐給水管道存在異常。該段管道晃動嚴重，橫向幅度有10cm左右，并有間隔的“咚咚”的聲響。同時旁路給水氣動調節閥也動作不穩，存在振蕩。如果不盡快解決這個問題，會造成支吊架松脫，進而危害設備系統人身安全。

經EPC業主哈電、電科院、運行人員、建設單位同意，建設單位采取臨時措施固定管道，運行人員繼續上水，EPC方聯系設計院咨詢設計參數問題，電科院、調試所應盡快解決問題，爭取720試運行按時通過。

該管道周圍沒有外力推動，應為自身工況或設計問題。該現象初步確定為水錘現象。

在壓力管路中，由于液體流速的急劇變化，從而造成管中的液體壓力顯著、反復、迅速地變化，對管道中有一種“錘擊”的特征，這種現象稱為水錘(或叫水擊)。水錘有正水錘和負水錘之分，它們的危害有:

正水錘時，管道中的壓力升高，可以超過管中正常壓力的幾十倍至幾百倍，以致管壁產生很大的應力，而壓力的反復變化將引起管道和設備的振動，管道的應力交變變化，將造成管道、管件和設備的損壞。

負水錘時，管道中的壓力降低，出會引起管道和設備振動。應力交遞變化，對設備有不利的影響，同時負水錘時，如壓力降得過低可能使管中產生不利的真空，在外界壓力的作用下，會將管道擠扁。

水錘產生的另一個原因是水管中有空氣，空氣柱在突然降壓時會膨脹，推動水柱運動，這樣氣推水，水推氣，形成水錘，形成大的破壞力。

發生水擊現象時管道內壓力會有一個急劇的升高，其數值可能達到正常工作壓力的幾十倍甚至幾百倍，使管壁材料及管道上的設備及附件承受很大的壓力，并伴隨著管壁的擴張和收縮，發出強烈的振動和噪音，有如管道受到錘擊的聲音，同時，高頻交變壓力作用在管壁上，加之強烈的振動和流體的沖擊，使金屬表面打擊出許多麻點。如果此時管道系統存在缺陷，則有可能對管系或設備造成破壞，導致事故的發生。所以水擊不僅增加流體的流動阻力，而且也嚴重危及到管道系統及有關設備的安全運行。特別是大流量、高流速的長管中以及輸送水溫高、流量大的水泵中更為嚴重。

水管道的水擊現象主要有以下幾種。

(1)水管道內存有蒸汽或空氣，而啟動給水泵或循環水泵沒有關閉出口閥時，因管道內流體流速突然變化易發生水擊現象。

(2)水泵運行不正常(如汽蝕、葉輪損壞等)，或水泵出口閥工作失效(如閥芯的損壞脫落、出口逆止閥搖擺不穩定)，及管道內流體流量不穩、波動大等情況時比較容易引起管道內給水壓力波動和慣性沖擊。

(3)管道內水溫度劇烈變化時易發生水擊。

(4)水管道上閥關閉(或開啟)時動作過快過猛，管道內流體的流動速度的水突然受阻或增大，管道內壓力易發生反復急劇的變化，造成對管道的強烈沖擊。

經運行人員及電科院人員確認，鍋爐給水泵工作正常，工作壓力、溫度、流量在允許范圍內，給水溫度變化緩慢且在正常范圍，汽包水位、壓力、溫度也在正常范圍內。所以造成水錘的原因很可能是管道內有空氣或者管道內水速變化過快。本著先易后難的原則，我們調試人員先從水速變化過快這個角度入手，查找設備原因。

到底是水錘引起調節閥振蕩，還是調節閥振蕩引起水錘？這個問題一時難以理清，我們只能先確保調節閥工作正常。我們通知運行人員監控鍋爐給水回路及汽包水位，打開鍋爐給水主路電動截止閥，手動調節給水主路氣動調節閥，同時，關閉給水旁路。發現旁路給水調節閥依然存在振蕩，給水管道水錘現象也沒消失。看來旁路氣動給水調節閥存在故障。

我們先從該閥開始解決問題。先排查調節閥工作氣源管道，用肥皂水涂抹管道、接頭，發現靠近氣源過濾器出口接頭處存在輕微漏氣。氣動調節閥氣源泄露、不穩定會導致智能定位器工作不穩定。我們更換接頭，確定管道接頭不跑漏氣，重新整定智能定位器，但是該調節閥振蕩沒有消失，水錘依舊存在。

難道是智能定位器本身問題？通過查找該ABB定位器資料，發現有三個廠家設定的初始參數即死區值及開、關積分時間值影響定位器控制穩定。死區定義給定信號附近的正/負范圍，當閥門(或反饋機構)位置進入這一范圍后，定位器保持這個位置不變，通過這個功能可以確定控制器的死區。積分時間是通過比例微分控制器的積分時間，積分時間以動態方式抵消掉比例系數帶來的穩態誤差同時影響系統速度和穩定性。積分時間越長調節速度越慢。處理不對稱控制系統存在的補償需要分別設置兩個方向(開/關)的積分時間。

我們反復試驗調整上述參數，最終解決了氣動調節閥振蕩問題。

我們通知運行人員，在逐步關閉鍋爐給水主回路的同時慢慢打開給水旁路，發現水錘現象已明顯減輕，再經過一段時間水錘消失。運行人員再把給水回路投入自動狀態，機組工作正常。

看來正是給水調節閥的振蕩導致了給水管道水速變化過快，進而導致水錘現象。

該給水調節閥在此之前一直投用正常，是什么原因導致要重新修改基礎關鍵參數不在本文討論范圍。由該事件看出，在機組停運一段時間之后，全面檢查設備狀態之后再啟動是完全有必要的。

參考文獻

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