350MW 機組熱力管道振動分析和治理措施

安延杰AN Yan-jie；安炎彬AN Yan-bin

（①河北省電力勘測設計研究院，石家莊 050031；②河北省機械科學研究設計院，石家莊 050051）

（①Hebei Electric Power Design and Research Institute，Shijiazhuang 050031，China；②Hebei Province Machinery Science Research and Design Institute，Shijiazhuang 050051，China）

0 引言

某熱電廠裝機為2×350MW 超臨界燃煤發電機組，鍋爐系北京巴布科克·威爾科克斯有限公司生產的超臨界、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、固態排渣、半露天布置、全鋼構架∏型爐，型號為B&WB-1103/25.4-M；汽輪機系東方汽輪機有限公司生產的超臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸兩排汽、雙抽供熱凝汽式汽輪機，型號為CC350/228-24.2/4.0/0.5/566/566。機組啟動期間，鍋爐啟動疏水、中壓給水、凝結水再循環等多條管道存在不同程度的振動現象，嚴重影響機組的正常啟動和安全運行。對此，進行了振動原因的分析，并提出了治理措施。

1 問題概述

熱力管道振動是現今火力發電廠中一種多發現象。流體的壓力脈動、泵的啟停、閥門的啟閉、兩相流介質的不穩定流動等，都會引起管道的短期振動，即瞬態振動；管系運行中也會發生持續的重復振動，即穩態振動。振動的存在不僅會使管道發生疲勞破壞，降低使用壽命，還會使管道的支吊架發生松動失效，導致管道下沉、變形等惡性事故。此外，振動產生的噪聲也會損害工作人員的身心健康，并對周圍環境造成污染。因此，對管道振動進行分析，提出合理的治理措施具有重要的實際意義。

2 管道振動原因分析

機組啟動以來，鍋爐啟動疏水、中低壓給水、凝結水再循環等多條管道存在不同程度的振動問題。

2.1 鍋爐啟動疏水至除氧器調節閥后管道振動的原因分析 ①調節閥前后壓差大，由28.96MPa 降到1.4MPa，調節閥后存在汽液兩相流動，從而引起管道振動。②調節閥后水平管設一導向支架，是合理的，但在高達7m 的立管上未設支吊，影響管系的穩定性，造成管道振動。③啟動初期貯水箱中水質差、有雜質，造成過濾器堵塞，對管道產生了較強的激振力，從而引起管道振動。

2.2 B 泵中壓給水管道振動的原因分析 ①啟動初期水質差、有雜質，造成濾網堵塞，對管道產生了較強的激振力，從而引起管道振動。②前置泵、主泵的振動引起中壓給水管道的共振。當泵在60%負荷時，管道振動尤其嚴重。

2.3 凝結水再循環管道振動的原因分析 ①凝結水再循環調節閥出口壓力為真空狀態，產生汽液兩相流動，引起振動。②管道大多采用剛性懸吊，這種方式對管道水平運動幾乎無約束作用。特別是調節閥后管道約束裝置少，不容易吸收管道振動。

3 管道振動治理措施

以上對各類管道振動原因進行了分析，可以看到，解決管道振動需要解決研究兩個振動系統，一個是流體系統，即從流體出發，改善流體的特性，降低對管道振動的激發作用；另一個是管道系統，即從管道出發，合理布置管線，合理進行支吊，減弱對流體激發的響應。對此，采取以下措施：

3.1 啟動期間對水質嚴加控制，避免雜質、鐵屑、焊渣的存在；及時清除濾網污垢，確保濾網穩定運行。

3.2 調節閥合理選型。由于管道通徑由設計院選擇，調節閥通徑由供貨商選擇，一般的結果為，管道通徑較調節閥大，安裝時一般采用大小頭過渡連接。這就使得流體進入調節閥時流速提高，加劇了對閥芯的沖擊，易造成閥門連帶管道的振動。為提高流體的穩定性，調節閥通徑盡量與管道一致。另外，供貨商選擇多次降壓的迷宮式結構調節閥也有利于流體的穩定性。

3.3 設計此類管道時，不僅要進行靜力計算，還應充分考慮管道動態特性。管系避免彈簧吊架過多，適當設限位支架乃至固定支架。

3.4 采用提高管道系統的剛度來改變固有頻率從而達到消除振動的目的。具體措施如下：對管道振動嚴重同時熱膨脹較小的部位進行限位加固；對熱膨脹較大的部位加裝液壓阻尼器控制管道沖擊性振動。由于在管道熱膨脹過程中，液壓阻尼器允許管道自由熱位移，而不對管道產生附加應力。增加減振裝置后對管道重新進行了應力校核計算，計算結果表明管道最大一、二次應力滿足設計要求。

3.5 調節閥后加節流孔板，靠近接受容器側布置，人為增加1 級減壓措施。使得調節閥前后壓差減小，降低閥后介質發生汽化的幾率。

4 方案實施

基于熱電廠工程實際和經濟成本考慮，對管道采用了系列措施，減弱和消除了振動現象。①鍋爐啟動疏水至除氧器調節閥后管道采用了措施a、措施c 和措施d。②B 泵中壓給水管道采用了措施c 和措施d。③凝結水再循環管道采用了措施c、措施d 和措施e。

具體實施措施見圖1～3。

圖1

圖2

圖3

5 結論和建議

按照振動治理方案實施后，鍋爐啟動疏水、中低壓給水、凝結水再循環等管道大幅振動現象基本消除，機組得以正常啟動和安全運行。該方案的實施，未對管道布置調整，僅對管道零件、支吊架進行了部分改動和增加，投資較小，施工簡單，振動消除效果明顯。

建議設計此類管道時，優化管道布置，合理設置支吊，采取必要的動態分析，降低熱力管道振動發生的可能性。

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