水位控制閥疏水管道振動分析及改善策略

摘 要：本文根據直流鍋爐啟動疏水系統的運行特點，結合某工程現場實際的管道振動情況以及相關原理，對于水位控制閥（即361閥）閥后疏水管道振動的原因進行深入分析，并且提出對應改善策略。

關鍵詞：水位控制閥；疏水管道；振動；原因；改善策略

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.106

0 引言

筆者參與設計的印度某600MW超臨界火力發電廠，試運行過程中，鍋爐啟動疏水水位控制閥（以下簡稱361閥）后管道出現明顯的振動現象。為此，設計院會同總包方和鍋爐廠及時進行了技術探討，分析振動原因，制定修改方案。通過修改方案的實施，有效改善了此問題。

1 系統設置及管道振動情況簡介

此工程的鍋爐啟動疏水系統是，啟動分離器中的水匯入貯水箱，從貯水箱出口管道接出，經361閥減壓，并在閥后經噴水減溫，水質合格時接入主機凝汽器回收，水質不合格時排入主機循環水出水管。

在最初進行管道布置設計時，已考慮到361閥后會出現汽液兩相引起振動，所以將361閥布置在汽機房零米層凝汽器附近，但是實際的鍋爐熱態清洗和啟動過程中，管道依然出現了明顯的振動。振動的位置集中在361閥后管道，且至凝汽器和至循環水的兩路管道均有振動。

2 管道振動原因分析

此系統的介質在361閥之前是高壓飽和疏水，閥后壓力大幅降低，必然出現大量汽化，形成劇烈的汽液兩相流。

兩相流有多種流動形態，如泡狀、彈狀、乳沫狀、環狀、塊狀、塞狀、分層流等，與介質參數、流速、含汽率、流道等諸多因素有關。即便是單一流型，流動過程的狀態已經是非常不穩定。具體到本系統管道中，隨著流體不斷變向，流動狀態更加復雜且紊亂。

在相同參數下，蒸汽的比容要遠大于水的比容。所以，在質量流量不變的前提下，形成兩相流后的容積流量就會增大很多。根據鍋爐廠提供的資料，按照振動最惡劣的工況即干濕態轉換點考慮，閥前飽和水的流量310t/h，壓力為8.1MPa，溫度為295.8℃，閥后壓力為0.5Mpa。經過計算可知，閥前疏水的流速僅為0.7m/s，而閥后的汽化率為0.3236，汽水容積比為163：1，混合流速達到84m/s。

在介質往下游輸送過程中，越靠近凝汽器則壓力越低，而隨著壓力降低，管道中還會有更多的液體汽化。汽水比和混合流速還會進一步增加。

結合管道布置考慮，管道從361閥至凝汽器接口處或循環水出手管處，距離較遠，且多次變向，每一處流動變向（包括彎頭和三通）處，均會發生壓力波動和沖力變化，從而產生激振。本系統并非常溫或低溫管道，出于管道自身應力和端點推力考慮，無法設置過多的約束，所以管道的剛性偏低。

綜上，劇烈紊亂的兩相流高速通過一段較長的剛性偏低的管道，中間又經過多處變向產生激振，那么管道振動也就成為了必然。

3 管道振動的改善策略

由于361閥前后壓差無法消除，所以閥后兩相流必然存在。而閥后管道要分別去往凝汽器和循環水出手管，兩處接口相距較遠，所以不可能保證閥后兩路管道都很短。根據工程實際情況，361閥門組需要較大的布置空間，即便只考慮將閥門布置在凝汽器接口處，也無法實現。所以此管道的振動現象可以有效改善，卻無法完全消除。

改善管道的振動可從兩個角度著手。一是減少振源；二是減弱振源強度。具體措施如下：

（1）調整361閥門組的布置位置，進一步靠近凝汽器，縮短閥后管道的長度，且減少彎頭數量。

（2）取消原設計的361閥后至凝汽器管路的電動調節閥，因為調節閥內流態復雜，很容易產生激振。

此兩項措施為減少振源。

（3）在361閥后設一個φ630的聯箱，并增加閥后支管的管徑，從而穩定兩相流的流動狀態，減小流速。

（4）將361閥后的噴水接口改為多噴頭結構，增強噴水摻混的減溫效果，也可以增強流態的穩定性。

（5）疏水管道進凝汽器處設減溫減壓器，進循環水排水管處設多孔節流裝置，保持管路中的介質壓力較高，從而減小兩相流中蒸汽的比容，減小流速。

（6）結合應力分析的結果，在滿足管道各處應力合格且端點推力不超限的前提下，盡量減少管道上的彎頭數量，需要設彎頭的地方優先采用30°，45等小角度彎頭。同時在管道上盡量不設彈簧支吊架而采用剛性支吊架，盡可能多設限位裝置，從而增加管道的剛性。

此六項措施為減弱振源強度。

4 結束語

綜上所述，本文從實際角度出發，對于平時工作進行了生產經驗的總結，對于361閥管路振動問題的原因進行了深入的分析，并且提出了相對應的改善措施，并且在具體的實際生產過程中都能夠取得相對較好的效果，從而為361閥在其他電廠同類型機組進行投入生產避免管道振動提供一些有效的借鑒。

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