高加放水管道振動分析及對策

唐暢　王智　周麗

摘 要：本文對供熱工程高壓加熱器緊急放水管道異常振動情況進行分析，認為振動與汽液兩相流、蒸汽進入疏水管道、支吊架設(shè)計不合理、疏水管道管徑過大、水沖擊等因素有關(guān)。經(jīng)現(xiàn)場排查，確定水沖擊是導(dǎo)致管道振動的主要原因。現(xiàn)場通過增加支吊架的方式，消除了水沖擊，管道異常振動情況也得以解決。

關(guān)鍵詞：高加；管道振動；水沖擊

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.090

1 前言

開封供熱改造工程試運行時，高壓加熱器緊急疏水管道振動劇烈，部分位置管道支座脫離支墩。為保證供熱期按時供熱，設(shè)計人員對疏水管道異常振動的原因進行分析，并提出相應(yīng)對策。

2 工程概況

國家電投河南電力有限公司開封發(fā)電分公司位于開封市東郊土柏崗鄉(xiāng)李樓村北側(cè)，2×630MW機組工程場地位于開封分公司老廠東部、開豎窄軌鐵路的末端站土柏崗站的西側(cè)、開蘭河以南、310 國道以北側(cè)的區(qū)域內(nèi)。2013 年對#1、#2 機組進行了工業(yè)抽汽改造，汽輪機本體中低壓聯(lián)通管改造已完成，每臺機組預(yù)留 400t/h 采暖供汽能力。本次供熱改造擬將#1、#2機組改造為開封市集中供熱熱源點，利用工業(yè)抽汽改造預(yù)留的采暖抽汽接口為開封市區(qū)提供采暖熱源，實施集中供熱。

開封供熱工程設(shè)計最大熱負荷為 564.34MW。采暖供熱系統(tǒng)抽汽采用中低壓連通管方案，全廠平均采暖供汽量為最大800t/h。廠內(nèi)設(shè)熱網(wǎng)首站，由首站至隔壓換熱站的管網(wǎng)為一級網(wǎng)，設(shè)計壓力為1.6MPa，設(shè)計供回水溫度為130/70℃，設(shè)計流量約為8100t/h。高壓加熱器是換熱系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備，將熱水從80℃提升到130℃后送出。本工程高加正常疏水至凝汽器，緊急疏水至冷卻塔前池。系統(tǒng)在第一個采暖季運行時，1號高加有換熱管爆裂，高加水位達到高三值，開啟電動門緊急疏水，控制水位。高加緊急疏水投入后，緊急疏水管道振動劇烈，部分位置管道支座脫離支墩。

3 原因分析

本次供熱改造工程包括采暖供熱首站、熱網(wǎng)補水除氧、凈水及化水處理、供電裝置及輔助系統(tǒng)以及廠內(nèi)相關(guān)管網(wǎng)。投入試運行后，高壓加熱器出現(xiàn)故障。首先是高壓加熱器部分換熱管爆裂。經(jīng)設(shè)計院與設(shè)備生產(chǎn)廠家現(xiàn)場會診，確認是設(shè)備本體問題。通過更換厚壁耐壓加熱管后，問題得到解決。其次是高加緊急疏水管異常振動。造成這種情況的原因較復(fù)雜，下面詳細分析。

據(jù)現(xiàn)場反饋，疏水管道大，電動閥門（開關(guān)型）全開后，液位下降很快，不確定是否因為蒸汽進入疏水管道[1]，造成介質(zhì)及參數(shù)超出設(shè)計值，位移增大，進而脫落。疏水管道介質(zhì)是否產(chǎn)生汽液兩相流[2]，造成管道振動。支吊架設(shè)計不合理，缺乏有效的約束也可能造成管道振動[3]。疏水管道路徑長，且閥后處于空管狀態(tài)，是否因為彎頭的阻礙流動特性[4]，水沖擊造成的振動。

4 處理措施及效果

首先設(shè)計核查管徑。因換熱首站距離主廠房汽機很遠，無需考慮汽輪機進水因素。按疏水流量240t/h考慮10%余量264t/h計算管徑DN300下流速為1.0m/s，屬于正常范圍，管徑選擇沒有問題。

核查電動閥門動作時間是否足夠。現(xiàn)場反饋電動門為開關(guān)型，完成一次開、關(guān)動作需2min以上，這時疏水已經(jīng)排完，蒸汽進入管道，造成管道位移大，且形成汽液兩相流。根據(jù)高加資料，高加高Ⅲ水位時水容積為18m3。按管道截面φ325x7.5，流速1m/s計算，忽略這段時間內(nèi)新產(chǎn)生的疏水，水全部放空需要240s即4min。即使因為管道阻力小，流速增加到2m/s，也需要2min鐘才能放空。故電動門的動作時間是足夠的，且開關(guān)閥門時，會有一定的節(jié)流作用，按全通徑計算留有余量。設(shè)計方從保守角度出發(fā)，要求電動門改成點動控制，帶中停功能，可有效控制流量及動作時間。一般高加水位達到高Ⅲ水位時，加熱蒸汽進汽門應(yīng)執(zhí)行關(guān)閉動作，高加內(nèi)即使殘留部分蒸汽，也會隨著體積的增大到達大氣壓，即使進入疏水管道也無流動動能，無法造成汽液兩相流。

排除汽液兩相流的可能性，查高加資料，疏水溫度為90℃，即使在大氣壓下，也不會發(fā)生汽化現(xiàn)象。

核查支吊架。核查支吊架時發(fā)現(xiàn)，大致組合為滑動架和導(dǎo)向架結(jié)合。為安全起見，在排入冷卻塔水池接口處，增加了限位措施。

通過以上整改措施后，電廠又一次發(fā)生高加爆管事故，投入高加危急疏水。管道振動有所降低，但局部仍有跳動，并錄下視頻。

通過視頻分析，管道為脈沖型波動，動作時間短，速度快，進一步排除了管道位移因素，因管道位移是一個連續(xù)的膨脹過程。管道振動均發(fā)生在彎頭處。分析原因為管道為空管，約1MPa壓力的疏水進入管道后，壓力降低，流速增加，動能增加，遇到彎頭等阻力元件時，動能降低，降低的動能作用在彎頭處，形成沖擊力，也可以稱之為盲板力。因管道設(shè)計溫度不高，設(shè)計通過針對性修改，在彎頭處，增加了固定支架。經(jīng)過此次修改后，振動問題得到根治。因此判斷，水沖擊沒有固定支架來消除沖擊力，故產(chǎn)生了跳動及脫落。

5 結(jié)語

本工程高加緊急放水，未考慮采用固定支架抵消水在長距離空管流動時因壓力高而產(chǎn)生的沖擊力。建議在以后的類似工程中，尤其是長距離空管高壓疏水，需注意設(shè)置固定支架，抵消彎頭或阻力元件處的水沖擊力。

參考文獻：

[1]趙子琴，李樹勛，徐登偉等.管道振動的減振方案及工程應(yīng)用[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2011（03）：13-15.

[2]郝婷玥，陳貴清，徐光耀.輸流管道振動問題的研究[J].水利科技與經(jīng)濟，2008（07）：33-36.

[3]楊大偉，謝敬華，田科.流固耦合效應(yīng)對輸液管道的振動影響研究[J].現(xiàn)代制造工程，2010（08）：21-24.

[4]宋維源，肖挺楊，李吉.管道振動控制技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].安全與環(huán)境學(xué)報，2012（03）：5-7.

作者簡介：唐暢（1982-），男，湖南岳陽人，本科，工程師，從事電廠設(shè)計及研究工作。