凝結水再循環管道振動原因及減振措施

鄭昀,莊發成,余建中

摘 要：對比了福建省內某電廠一期、二期工程600 MW發電機組凝結水再循環管道的設計和布置，經過分析，得出了一期管道振動的原因。在二期設計中做出了一些改進，基本解決了凝結水再循環管道的振動問題。

關鍵詞：火力發電廠；凝結水；再循環管道；振動

中圖分類號：TM621.7+2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）21-0006-02

汽水管道振動是影響火力發電廠安全生產的常見原因之一。強烈的管道振動會使氣閥工況變差、控制儀表失靈，管道附件，尤其是管道的連接部位和管道與附件的連接部位等處發生松動和破裂，輕則發生泄漏，重則會由于破裂而引發污染或爆炸，造成嚴重的事故。而在眾多汽水管道振動中，凝結水最小流量再循環管道因為接收容器工作背壓低，汽蝕和閃蒸工況嚴重，出現管道振動的概率最大。在福建省某電廠一期工程試運行期間，在現場調試時發現，凝結水再循環管道出現了較大的振動，而二期管道卻正常、平穩的運行。對比了一、二期工程，針對凝結水最小流量再循環管道振動的問題進行分析，提出了相應的設計整改和優化方案。

1 工程介紹

福建省內某火電廠規劃容量為8×600 MW超臨界燃煤機組，一、二期建設規模分別為2×600 MW火力發電機組，配套建設煙氣脫硫設施。該電廠在系統中主要承擔基本負荷，能滿足電網調峰的運行要求。其中，鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產的超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次再熱、四角切圓燃燒、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊結構Π型、露天布置燃煤鍋爐；汽輪機為上海汽輪機有限公司生產的超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、凝汽式汽輪機；發電機為上海汽輪發電機有限公司生產的水氫氫冷卻、隱極式同步發電機。

2 系統介紹

電廠一期、二期凝結水系統的設置都是按汽輪機在VWO工況時可能出現的凝汽量，加上進入凝汽器的正常疏水量和正常補水量設計的。系統采用100%容量的中壓凝結水精處理裝置，系統中僅設凝結水泵，不設凝結水升壓泵，系統比較簡單（凝結水泵進水壓力為5.8 kPa，流量為1 800 m3/h，揚程為306 m，一備一用）。凝汽器熱井中的凝結水由凝結水泵升壓后，經過中壓凝結水精處理裝置、軸封加熱器和四級低壓加熱器后進入除氧器。其中，系統設有最小流量再循環管路，由自軸封冷卻器出口的凝結水管道引出，經最小流量再循環閥回到凝汽器，保證在啟動和低負荷期間凝結水泵通過最小流量運行，防止凝結水泵汽蝕，并且有足夠的凝結水流過軸封冷卻器，維持軸封冷卻器的微真空。最小流量再循環管道按凝結水泵、軸封冷卻器允許的最小流量中的較大值設計，最小流量再循環管道上還設有調節閥，以便控制不同工況下的再循環流量。該工程的最小流量為420 m3/h。

3 一期振動原因分析

一期凝結水系統再循環管道如圖1所示。

凝結水再循環一期現場管道布置如圖2所示。

圖1 一期凝結水系統再循環管道示意圖

由圖1可知，凝結水最小流量再循環管道是由軸封加熱器出口的凝結水管道引出一分支管道，經過最小流量調節閥接入凝汽器（凝結水母管設計壓力為3.986 MPa，汽封冷卻器至8號低壓加熱器的設計溫度為50 ℃），其閥后凝汽器工作背壓低（平均背壓為5.8 kPa，當夏季工況水溫為33 ℃時，背壓為11.8 kPa），調節閥前后的壓差大，如果調節閥（允許壓差和調節閥形式）選型不當，當介質到達閥芯時，在閥芯和閥座的節流作用下，縮流斷面處的流速是最大的。由于流速的增加，產生了較大的內部紊流和能量消耗，大大降低了壓力。如果縮流斷面處的壓力降到液體對應溫度下的飽和蒸汽壓力以下時，介質中就會有蒸汽和溶解在水中的氣體逸出，形成蒸汽與氣體混合的小汽泡，壓力越小，汽泡越多。當介質擴展進更大的區域時，其速度會下降，壓力增加，閥后壓力恢復到高于液體的飽和蒸汽壓力，汽泡在高壓作用下會迅速凝結而破裂，在汽泡破裂的瞬間，會產生局部空穴，而高壓水會以極高的速度流向這些原汽泡占有的空間，形成一個沖擊力，并出現噪聲和振動，導致閥芯被氣蝕，閥門被破壞。

圖2 凝結水再循環一期現場管道示意圖

由圖2可知，凝結水再循環管道經氣動調節閥后進入凝汽器的管路比較長，彎頭比較多，管系布置比較復雜，能量損失增大，壓力不斷降低，管道下游的壓力低于液體的飽和蒸汽壓力，在下游的管道中會繼續產生汽泡，存在液汽兩相混合的情況。由于汽泡中的氣體和蒸汽來不及在瞬間全部溶解和凝結，在沖擊力作用下又分成小汽泡，再被高壓水（按照《火力發電廠汽水管道設計技術規定》，凝結水流速應為2.0～3.5 m/s，如果管徑選擇太小，會加快管內介質的流速）壓縮、凝結，如此

反復，產生了一種類似于砂石流過管道的噪聲和振動。

由于以上兩個原因導致電廠一期凝結水再循環管道在現場運行時發生較大的振動，所以，在二期設計時，對以上問題改進了設計。

4 二期的設計優化改進方案

二期凝結水系統再循環管道系統如圖3所示。

圖3 二期凝結水系統再循環管道示意圖

凝結水再循環二期現場管道布置如圖4所示。

圖4 凝結水再循環二期現場管道示意圖

在二期設計中，要注意以下幾方面：①正確選擇再循環管道調節閥的類型，選擇壓差合適、具有多級減壓裝置的調節閥（比如多級籠罩式、迷宮式、多級活塞式等調節閥），通過多級壓降，使介質的壓力在整個調壓過程中始終處于介質的汽化壓力之上。在靠近凝汽器的位置安裝節流孔板（可以使調節閥后至節流孔板間的管道壓力升高，適當地減小調節閥前后的壓差），避免出現汽蝕現象，消除管道的振動。②改變現場的管道布置，重新調整管道走向，將閥門組盡可能地靠近疏水擴容器，使調節閥后的管道短且簡捷，如圖4所示，減少介質在流動過程中造成的能量損失，降低閥后出現汽液兩相流的概率。③放大調節閥后的管徑，由原來的Ф273×8.5變為Ф325×10，如圖3、圖4所示，將管徑放大一檔，這樣可以有效地降低閥后流體的流速。同時，將靠近疏水擴容器的支吊架設計成固定支架，減少再循環調節閥后兩相流引起的沖擊和振動，消除調節閥后管道的振動。

對以上幾方面改良后，在電廠二期工程的運行過程中，基本解決了凝結水再循環管道的振動問題，管道運行平穩，滿足了電廠安全生產的要求。

5 結束語

管道系統振動的原因十分復雜，影響因素比較多，通過對電廠一、二期工程的比較，簡要分析了凝結水最小流量再循環管道振動問題的成因，總結了工程現場中的一些實戰經驗，為將來的工程設計提供借鑒和參考。

〔編輯：白潔〕

Cause Condensate Recirculation Piping Vibration and Damping Measures

Zheng Yun， Zhuang Facheng， Yu Jianzhong

Abstract： Comparison of a power plant in Fujian Province in the first phase， the second phase of 600 MW turbine condensate recirculation piping design and layout， after analysis， figured out why the pipe vibration of a period. In two designs made some improvements， basically solved the condensate recirculation piping vibration problems.

Key words： thermal power plant； condensate； recirculation piping； vibration

摘 要：對比了福建省內某電廠一期、二期工程600 MW發電機組凝結水再循環管道的設計和布置，經過分析，得出了一期管道振動的原因。在二期設計中做出了一些改進，基本解決了凝結水再循環管道的振動問題。

關鍵詞：火力發電廠；凝結水；再循環管道；振動

中圖分類號：TM621.7+2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）21-0006-02

汽水管道振動是影響火力發電廠安全生產的常見原因之一。強烈的管道振動會使氣閥工況變差、控制儀表失靈，管道附件，尤其是管道的連接部位和管道與附件的連接部位等處發生松動和破裂，輕則發生泄漏，重則會由于破裂而引發污染或爆炸，造成嚴重的事故。而在眾多汽水管道振動中，凝結水最小流量再循環管道因為接收容器工作背壓低，汽蝕和閃蒸工況嚴重，出現管道振動的概率最大。在福建省某電廠一期工程試運行期間，在現場調試時發現，凝結水再循環管道出現了較大的振動，而二期管道卻正常、平穩的運行。對比了一、二期工程，針對凝結水最小流量再循環管道振動的問題進行分析，提出了相應的設計整改和優化方案。

1 工程介紹

福建省內某火電廠規劃容量為8×600 MW超臨界燃煤機組，一、二期建設規模分別為2×600 MW火力發電機組，配套建設煙氣脫硫設施。該電廠在系統中主要承擔基本負荷，能滿足電網調峰的運行要求。其中，鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產的超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次再熱、四角切圓燃燒、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊結構Π型、露天布置燃煤鍋爐；汽輪機為上海汽輪機有限公司生產的超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、凝汽式汽輪機；發電機為上海汽輪發電機有限公司生產的水氫氫冷卻、隱極式同步發電機。

2 系統介紹

電廠一期、二期凝結水系統的設置都是按汽輪機在VWO工況時可能出現的凝汽量，加上進入凝汽器的正常疏水量和正常補水量設計的。系統采用100%容量的中壓凝結水精處理裝置，系統中僅設凝結水泵，不設凝結水升壓泵，系統比較簡單（凝結水泵進水壓力為5.8 kPa，流量為1 800 m3/h，揚程為306 m，一備一用）。凝汽器熱井中的凝結水由凝結水泵升壓后，經過中壓凝結水精處理裝置、軸封加熱器和四級低壓加熱器后進入除氧器。其中，系統設有最小流量再循環管路，由自軸封冷卻器出口的凝結水管道引出，經最小流量再循環閥回到凝汽器，保證在啟動和低負荷期間凝結水泵通過最小流量運行，防止凝結水泵汽蝕，并且有足夠的凝結水流過軸封冷卻器，維持軸封冷卻器的微真空。最小流量再循環管道按凝結水泵、軸封冷卻器允許的最小流量中的較大值設計，最小流量再循環管道上還設有調節閥，以便控制不同工況下的再循環流量。該工程的最小流量為420 m3/h。

3 一期振動原因分析

一期凝結水系統再循環管道如圖1所示。

凝結水再循環一期現場管道布置如圖2所示。

圖1 一期凝結水系統再循環管道示意圖

由圖1可知，凝結水最小流量再循環管道是由軸封加熱器出口的凝結水管道引出一分支管道，經過最小流量調節閥接入凝汽器（凝結水母管設計壓力為3.986 MPa，汽封冷卻器至8號低壓加熱器的設計溫度為50 ℃），其閥后凝汽器工作背壓低（平均背壓為5.8 kPa，當夏季工況水溫為33 ℃時，背壓為11.8 kPa），調節閥前后的壓差大，如果調節閥（允許壓差和調節閥形式）選型不當，當介質到達閥芯時，在閥芯和閥座的節流作用下，縮流斷面處的流速是最大的。由于流速的增加，產生了較大的內部紊流和能量消耗，大大降低了壓力。如果縮流斷面處的壓力降到液體對應溫度下的飽和蒸汽壓力以下時，介質中就會有蒸汽和溶解在水中的氣體逸出，形成蒸汽與氣體混合的小汽泡，壓力越小，汽泡越多。當介質擴展進更大的區域時，其速度會下降，壓力增加，閥后壓力恢復到高于液體的飽和蒸汽壓力，汽泡在高壓作用下會迅速凝結而破裂，在汽泡破裂的瞬間，會產生局部空穴，而高壓水會以極高的速度流向這些原汽泡占有的空間，形成一個沖擊力，并出現噪聲和振動，導致閥芯被氣蝕，閥門被破壞。

圖2 凝結水再循環一期現場管道示意圖

由圖2可知，凝結水再循環管道經氣動調節閥后進入凝汽器的管路比較長，彎頭比較多，管系布置比較復雜，能量損失增大，壓力不斷降低，管道下游的壓力低于液體的飽和蒸汽壓力，在下游的管道中會繼續產生汽泡，存在液汽兩相混合的情況。由于汽泡中的氣體和蒸汽來不及在瞬間全部溶解和凝結，在沖擊力作用下又分成小汽泡，再被高壓水（按照《火力發電廠汽水管道設計技術規定》，凝結水流速應為2.0～3.5 m/s，如果管徑選擇太小，會加快管內介質的流速）壓縮、凝結，如此

反復，產生了一種類似于砂石流過管道的噪聲和振動。

由于以上兩個原因導致電廠一期凝結水再循環管道在現場運行時發生較大的振動，所以，在二期設計時，對以上問題改進了設計。

4 二期的設計優化改進方案

二期凝結水系統再循環管道系統如圖3所示。

圖3 二期凝結水系統再循環管道示意圖

凝結水再循環二期現場管道布置如圖4所示。

圖4 凝結水再循環二期現場管道示意圖

在二期設計中，要注意以下幾方面：①正確選擇再循環管道調節閥的類型，選擇壓差合適、具有多級減壓裝置的調節閥（比如多級籠罩式、迷宮式、多級活塞式等調節閥），通過多級壓降，使介質的壓力在整個調壓過程中始終處于介質的汽化壓力之上。在靠近凝汽器的位置安裝節流孔板（可以使調節閥后至節流孔板間的管道壓力升高，適當地減小調節閥前后的壓差），避免出現汽蝕現象，消除管道的振動。②改變現場的管道布置，重新調整管道走向，將閥門組盡可能地靠近疏水擴容器，使調節閥后的管道短且簡捷，如圖4所示，減少介質在流動過程中造成的能量損失，降低閥后出現汽液兩相流的概率。③放大調節閥后的管徑，由原來的Ф273×8.5變為Ф325×10，如圖3、圖4所示，將管徑放大一檔，這樣可以有效地降低閥后流體的流速。同時，將靠近疏水擴容器的支吊架設計成固定支架，減少再循環調節閥后兩相流引起的沖擊和振動，消除調節閥后管道的振動。

對以上幾方面改良后，在電廠二期工程的運行過程中，基本解決了凝結水再循環管道的振動問題，管道運行平穩，滿足了電廠安全生產的要求。

5 結束語

管道系統振動的原因十分復雜，影響因素比較多，通過對電廠一、二期工程的比較，簡要分析了凝結水最小流量再循環管道振動問題的成因，總結了工程現場中的一些實戰經驗，為將來的工程設計提供借鑒和參考。

〔編輯：白潔〕

Cause Condensate Recirculation Piping Vibration and Damping Measures

Zheng Yun， Zhuang Facheng， Yu Jianzhong

Abstract： Comparison of a power plant in Fujian Province in the first phase， the second phase of 600 MW turbine condensate recirculation piping design and layout， after analysis， figured out why the pipe vibration of a period. In two designs made some improvements， basically solved the condensate recirculation piping vibration problems.

Key words： thermal power plant； condensate； recirculation piping； vibration

摘 要：對比了福建省內某電廠一期、二期工程600 MW發電機組凝結水再循環管道的設計和布置，經過分析，得出了一期管道振動的原因。在二期設計中做出了一些改進，基本解決了凝結水再循環管道的振動問題。

關鍵詞：火力發電廠；凝結水；再循環管道；振動

中圖分類號：TM621.7+2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）21-0006-02

汽水管道振動是影響火力發電廠安全生產的常見原因之一。強烈的管道振動會使氣閥工況變差、控制儀表失靈，管道附件，尤其是管道的連接部位和管道與附件的連接部位等處發生松動和破裂，輕則發生泄漏，重則會由于破裂而引發污染或爆炸，造成嚴重的事故。而在眾多汽水管道振動中，凝結水最小流量再循環管道因為接收容器工作背壓低，汽蝕和閃蒸工況嚴重，出現管道振動的概率最大。在福建省某電廠一期工程試運行期間，在現場調試時發現，凝結水再循環管道出現了較大的振動，而二期管道卻正常、平穩的運行。對比了一、二期工程，針對凝結水最小流量再循環管道振動的問題進行分析，提出了相應的設計整改和優化方案。

1 工程介紹

福建省內某火電廠規劃容量為8×600 MW超臨界燃煤機組，一、二期建設規模分別為2×600 MW火力發電機組，配套建設煙氣脫硫設施。該電廠在系統中主要承擔基本負荷，能滿足電網調峰的運行要求。其中，鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產的超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次再熱、四角切圓燃燒、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊結構Π型、露天布置燃煤鍋爐；汽輪機為上海汽輪機有限公司生產的超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、凝汽式汽輪機；發電機為上海汽輪發電機有限公司生產的水氫氫冷卻、隱極式同步發電機。

2 系統介紹

電廠一期、二期凝結水系統的設置都是按汽輪機在VWO工況時可能出現的凝汽量，加上進入凝汽器的正常疏水量和正常補水量設計的。系統采用100%容量的中壓凝結水精處理裝置，系統中僅設凝結水泵，不設凝結水升壓泵，系統比較簡單（凝結水泵進水壓力為5.8 kPa，流量為1 800 m3/h，揚程為306 m，一備一用）。凝汽器熱井中的凝結水由凝結水泵升壓后，經過中壓凝結水精處理裝置、軸封加熱器和四級低壓加熱器后進入除氧器。其中，系統設有最小流量再循環管路，由自軸封冷卻器出口的凝結水管道引出，經最小流量再循環閥回到凝汽器，保證在啟動和低負荷期間凝結水泵通過最小流量運行，防止凝結水泵汽蝕，并且有足夠的凝結水流過軸封冷卻器，維持軸封冷卻器的微真空。最小流量再循環管道按凝結水泵、軸封冷卻器允許的最小流量中的較大值設計，最小流量再循環管道上還設有調節閥，以便控制不同工況下的再循環流量。該工程的最小流量為420 m3/h。

3 一期振動原因分析

一期凝結水系統再循環管道如圖1所示。

凝結水再循環一期現場管道布置如圖2所示。

圖1 一期凝結水系統再循環管道示意圖

由圖1可知，凝結水最小流量再循環管道是由軸封加熱器出口的凝結水管道引出一分支管道，經過最小流量調節閥接入凝汽器（凝結水母管設計壓力為3.986 MPa，汽封冷卻器至8號低壓加熱器的設計溫度為50 ℃），其閥后凝汽器工作背壓低（平均背壓為5.8 kPa，當夏季工況水溫為33 ℃時，背壓為11.8 kPa），調節閥前后的壓差大，如果調節閥（允許壓差和調節閥形式）選型不當，當介質到達閥芯時，在閥芯和閥座的節流作用下，縮流斷面處的流速是最大的。由于流速的增加，產生了較大的內部紊流和能量消耗，大大降低了壓力。如果縮流斷面處的壓力降到液體對應溫度下的飽和蒸汽壓力以下時，介質中就會有蒸汽和溶解在水中的氣體逸出，形成蒸汽與氣體混合的小汽泡，壓力越小，汽泡越多。當介質擴展進更大的區域時，其速度會下降，壓力增加，閥后壓力恢復到高于液體的飽和蒸汽壓力，汽泡在高壓作用下會迅速凝結而破裂，在汽泡破裂的瞬間，會產生局部空穴，而高壓水會以極高的速度流向這些原汽泡占有的空間，形成一個沖擊力，并出現噪聲和振動，導致閥芯被氣蝕，閥門被破壞。

圖2 凝結水再循環一期現場管道示意圖

由圖2可知，凝結水再循環管道經氣動調節閥后進入凝汽器的管路比較長，彎頭比較多，管系布置比較復雜，能量損失增大，壓力不斷降低，管道下游的壓力低于液體的飽和蒸汽壓力，在下游的管道中會繼續產生汽泡，存在液汽兩相混合的情況。由于汽泡中的氣體和蒸汽來不及在瞬間全部溶解和凝結，在沖擊力作用下又分成小汽泡，再被高壓水（按照《火力發電廠汽水管道設計技術規定》，凝結水流速應為2.0～3.5 m/s，如果管徑選擇太小，會加快管內介質的流速）壓縮、凝結，如此

反復，產生了一種類似于砂石流過管道的噪聲和振動。

由于以上兩個原因導致電廠一期凝結水再循環管道在現場運行時發生較大的振動，所以，在二期設計時，對以上問題改進了設計。

4 二期的設計優化改進方案

二期凝結水系統再循環管道系統如圖3所示。

圖3 二期凝結水系統再循環管道示意圖

凝結水再循環二期現場管道布置如圖4所示。

圖4 凝結水再循環二期現場管道示意圖

在二期設計中，要注意以下幾方面：①正確選擇再循環管道調節閥的類型，選擇壓差合適、具有多級減壓裝置的調節閥（比如多級籠罩式、迷宮式、多級活塞式等調節閥），通過多級壓降，使介質的壓力在整個調壓過程中始終處于介質的汽化壓力之上。在靠近凝汽器的位置安裝節流孔板（可以使調節閥后至節流孔板間的管道壓力升高，適當地減小調節閥前后的壓差），避免出現汽蝕現象，消除管道的振動。②改變現場的管道布置，重新調整管道走向，將閥門組盡可能地靠近疏水擴容器，使調節閥后的管道短且簡捷，如圖4所示，減少介質在流動過程中造成的能量損失，降低閥后出現汽液兩相流的概率。③放大調節閥后的管徑，由原來的Ф273×8.5變為Ф325×10，如圖3、圖4所示，將管徑放大一檔，這樣可以有效地降低閥后流體的流速。同時，將靠近疏水擴容器的支吊架設計成固定支架，減少再循環調節閥后兩相流引起的沖擊和振動，消除調節閥后管道的振動。

對以上幾方面改良后，在電廠二期工程的運行過程中，基本解決了凝結水再循環管道的振動問題，管道運行平穩，滿足了電廠安全生產的要求。

5 結束語

管道系統振動的原因十分復雜，影響因素比較多，通過對電廠一、二期工程的比較，簡要分析了凝結水最小流量再循環管道振動問題的成因，總結了工程現場中的一些實戰經驗，為將來的工程設計提供借鑒和參考。

〔編輯：白潔〕

Cause Condensate Recirculation Piping Vibration and Damping Measures

Zheng Yun， Zhuang Facheng， Yu Jianzhong

Abstract： Comparison of a power plant in Fujian Province in the first phase， the second phase of 600 MW turbine condensate recirculation piping design and layout， after analysis， figured out why the pipe vibration of a period. In two designs made some improvements， basically solved the condensate recirculation piping vibration problems.

Key words： thermal power plant； condensate； recirculation piping； vibration