冷凝水管道振動異響原因簡析及改進措施

羅成林

摘 要：由于設計缺陷，合格冷凝水管道投入運行時存在水擊，出現振動異響。針對故障進行了相關試驗和查閱相關文獻資料，列出幾種可能導致故障的原因，并分析研究，提出改進措施，加以實施，解決問題，確保安全生產。

關鍵詞：合格冷凝水管道；水擊；故障原因分析；改進措施

公司合格冷凝水（溫度100°C，壓力0.4MPa）也稱為凝結水，綜合管網有三條冷凝水輸送管道，屬于壓力管道，一條為硫酸水處理車間306尾氣吸收工序解析塔的凝結水輸送管道（管徑DN100，機械泵），另一條是成品車間204凈液工序的板式換熱器的凝結水輸送管道（管徑DN80，機械泵），第三條是加壓除鐵車間311液體SO2制備工序的換熱器凝結水輸送管道（管徑DN125，汽動泵），這三條管道在H軸線交匯，合為一條管道（管徑DN150），流向沸騰焙燒車間519余熱發電站除氧器設備，經過相關處理后作為余熱鍋爐補水使用。

一.存在問題

合格冷凝水管道投入運行時，在H軸線三條管道交匯附近出現振動異響比較明顯，特別是天氣寒冷時振動異響更嚴重，針對異常現象，熱工保障組組織做了如下的試驗。

試驗內容及結果

針對試驗結果，熱工保障組進行原因分析，判定為加壓除鐵車間冷凝水管道異常造成的總管振動和異響，于是采取加壓除鐵車間冷凝水管道匯入總管前端加裝三通及截止閥的改造，斷開匯入總管，單獨敷設一根DN125管道到預熱發電站除氧器，投入運行后，總管振動異響大大減弱了。

運行大約6個月左右后，發現加壓除鐵車間冷凝水輸送管道整條的滑動支座滑板偏移嚴重，甚至有三塊滑板從滑座上偏離并下墜懸空，以及管道在三通附近存在振動異響明顯。凈液工序合格冷凝水輸送管道整條的滑動支座滑板偏移嚴重，固定支座與管道焊接部位拉裂 ，旋轉補償器附近存在振動異響明顯。

二.故障原因分析

1.蒸汽凝結水在管道內流動過程中，因壓降而產生二次蒸汽，形成汽液混相流，當流速增加或改變流向時會引起水擊，導致振動和異響。可推斷為加壓除鐵車間冷凝水管道內凝結水流到三通處，流向為急轉向引起水擊，出現振動異響。

2.在密閉管路系統（包括泵）內，由于流體流量急劇變化而引起較大的壓力波動并造成振動的現象稱為水錘，又稱"水擊"。其瞬間壓力可大大超過正常壓力，并經常產生破壞性影響。可推斷為凈液工序冷凝水管道內流量小的凝結水與硫酸水處理車間冷凝水管道（DN100）內流量更大的凝結水交匯（管徑DN80變徑為管徑DN150），流量急劇變化引起壓力波動而發生水錘或水擊，出現振動異響。

可初步斷定在旋轉補償器附近為真正的兩條冷凝水管道的凝結水交匯點。另外也可以從滑動支座的滑板移動方向判定出交匯點，滑板往水流方向移動。

3.蒸汽在各用汽設備中放出汽化潛熱后，變為近乎同溫同壓下的飽和凝結水，所具有的熱量可達蒸汽全熱量的20% ～30%，且壓力、溫度越高，凝結水具有的熱量就越多，占蒸汽總熱量的比例也就越大。可以看出，三條管道的凝結水水源的壓力、溫度是不同的，不同參數的凝結水匯聚在一起容易引起水擊打現象。

4. 加壓除鐵車間凝結水液位控制汽動泵自動啟停，儲罐很小，啟停頻繁，為頻繁間斷性輸送冷凝水，管道內部可能產生氣阻，而管網中段管道最高點無自動排氣閥，無法及時排出二次蒸汽，氣液相混流容易引起水擊。

凈液工序及硫酸水處理車間的凝結水儲槽容量也有限，機械泵也受液位控制，也會出現間斷性輸送冷凝水，但間斷頻率相對較低。

5.硫酸水處理車間冷凝水管道與凈液工序冷凝水管道交匯為垂直連接，容易引起壓降而產生二次蒸汽，形成汽液混相流，易引起水擊。

6.各車間冷凝水流量、壓力及溫度變更，對管道管徑能否滿足使用要求產生影響。也可能是產生水擊的因素。

三、改進措施

1.為了防止或減輕水擊作用，可采取相應的消除措施，如延緩管路或泵的開閉時間、安裝水錘消除器等。延緩管路可嘗試將三通改為長半徑彎頭，減小阻力。延緩泵開閉時間，即將汽動泵改為機械泵，但需要增加儲槽和管道、電氣設施等，增加成本，必要時可改造。為了排除由上往下敷設管道中熱水汽化產生的氣體，保證管內水通暢，應在管道最高處安裝自動排氣閥，在三條冷凝水管道上安裝排氣閥的位置參見下圖：

2.為減少壓降，凝結水支管應在凝結水總管上部順介質流向呈45°斜接。硫酸水處理車間與凈液工序冷凝水管道交匯連接改為45°斜接可減少壓降。

3.在計算核對凝結水管道管徑時，應充分估計汽體的混相率，并應留有充分的余量，同時，在布置凝結水管道時應防止產生水擊。

4. DN100及DN80管道用DN20，2MPa，200℃排氣閥，DN150及DN125管道用DN25，2MPa，200℃排氣閥，建議選用304不銹鋼材質自動排氣閥，各2只。

5.單獨分開敷設管道，可以避免不同壓力、流量、溫度的冷凝水交匯，而產生流體流量急劇變化而引起水錘，但需要增加成本，必要時可以考慮此方案。

四、總結

根據故障原因分析結果及改進措施，通過公司熱工保障組組織現場確認改進方案，按照確定的順序，逐一排除故障原因，以最小的投入解決問題，避免或最大程度減小水擊現象，確保合格冷凝水管道正常運行，也同時避免或減小管道振動異響影響管網桁架的穩固性、牢靠性，確保公司安全生產。