火力發電廠凝結水系統特點及運行問題

摘 要：本文主要介紹了火力發電廠凝結水系統布置特點，討論分析了凝結水再循環管道振動原因，提出減振措施減小管道振動，以提高凝結水系統的可靠性和經濟性，確保機組安全高效運行。

關鍵詞：凝結水再循環管道 振動原因 減振措施 管道振動

中圖分類號：TK223.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（c）-0132-01

火力發電廠凝結水系統包括從熱井至除氧器之間的管道、閥門、支吊架及其零部件。具體系統包括：熱井至除氧器的主凝結水管道及其至熱井再循環管道；凝結水管至各用戶的雜項管道；儲水箱有關管道；由凝結水主管至凝結水儲水箱的凝結水熱井放水管道；由化學補充水至凝結水儲水箱的補水管道；儲水箱的溢放水管道等。

主要設備包括：凝汽器、凝結水泵、凝結水精處理裝置、軸封冷卻器、低壓加熱器、除氧器、凝結水儲水箱。

火力發電廠凝結水系統的主要功能是將凝結水從凝汽器熱井送到除氧器，為了保證系統安全可靠運行和提高循環熱效率，在輸送過程中對凝結水系統進行控制、除鹽、加熱、除氧等一系列必要環節。

凝結水系統的設備及系統布置以某國產300 MW機組為例。該工程凝結水系統主要包括：凝汽器、兩臺100%容量筒袋形變頻調速凝結水泵、一臺軸封加熱器、四臺低壓加熱器、一臺除氧器、一臺凝結水貯水箱和一臺凝結水輸送水泵，凝結水精處理采用中壓系統。在凝結水泵出口至軸封加熱器之間，稱為凝結水雜用母管，母管接有其他設備用水的管道。軸封加熱器和低壓加熱器設有旁路系統，防止因加熱器內部泄露而導致凝結水系統的中斷，從而迫使機組停運。軸封冷卻器出口凝結水管道上設有最小流量再循環系統至凝汽器，最小流量再循環取凝泵和軸封冷卻器要求的最小流量較大者，以冷卻機組啟動及低負荷時軸封漏汽和門桿漏汽，滿足凝結水泵低負荷運行的要求，在機組正常運行中，調整凝結水母管壓力。在5號低壓加熱器出口閥門前，引出一路管道，上裝啟動放水門，作用是在機組啟動初期，凝結水水質不合格，不能輸送到除氧器，通過放水管道將不合格的凝結水排地溝。

凝結水貯水箱配凝結水輸送泵，僅在機組啟動時給系統充水及鍋爐充水。當機組正常運行時，通過該泵旁路管道靠凝汽器負壓向凝汽器補水，通過軸封冷卻器出口凝結水管道上設置的水位控制閥將部分凝結水溢流至凝結水貯水箱，以保持熱井水位。在凝汽器補水管道上設有水位控制閥，用以調節熱井水位。

凝汽器為單背壓、雙流程、分隔水室、橫向布置。凝汽器接受主機排汽、小汽機排汽、本體疏水以外，還具有接受高、低加事故疏水及除氧器溢流水的能力。凝汽器喉部的設備及管道考慮了防止汽流沖刷措施，其喉部內設置有7號、8號兩個低加。

該工程凝結水系統中軸封加熱器以及5號、6號低壓加熱器均采用小旁路系統，小旁路系統的優點是加熱器如果出現故障，可以單獨開通各自的旁路系統，不影響其他加熱器的正常運行，同時保證除氧器入口凝結水溫度不至過低，從而提高熱經濟性。由于7號、8號低加布置在凝汽器喉部，在7、8號低加設置了一個大旁路，大旁路系統的優點是系統簡單，閥門少，運行維護方便，節省投資。

在電廠試運期間，汽水管道振動是常見的威脅，尤其對人身安全構成極大的威脅。而在眾多汽水管道振動中，凝結水最小流量再循環管道出現管道振動的幾率最大，原因是凝汽器工作背壓低，汽蝕和閃蒸工況嚴重。另外，凝結水再循環管道的介質流速較小，激振頻率較低，管道布置剛度不夠或支吊架設計不合理導致管道自振頻率較低時，管道產生的共振可能性較大[1]。

根據管道振動的理論分析，管道與其支吊架以及與之相連接的各種設備或裝置構成了一個復雜的機械結構系統，在有激振力作用的情況下，這個系統就會產生振動。來自系統自身的主要有與管道直接相連接的機械設備振動和管內流體不穩定流動引起的振動，是管道振動的主要誘因。管道振動的主要原因有以下幾點。

（1）管道布置或支吊架設置不當。

管道布置較長，彎頭多，柔性較大，管道內的水流容易在彎頭或者閥門變徑處產生激振力，引起管道低頻高幅振動[2]。管道上設置的固定支架或者限位支架較少，使管道系統穩定性較差，不能有效制約管道振動。彈簧支吊架或固定導向支架的位置不合適，導致管道受力不均勻，管線穩定性較差。

（2）調節閥為高位布置，凝汽器接口為低位布置。此類布置不合理，凝汽器接口與調節閥的高差水柱使調節閥內壓力更低，加劇汽蝕。

（3）調節閥后的管徑及管件選型不當，消耗汽水沖擊的能力不強。

（4）流體發生汽化，汽水流動失去穩定性而造成的。

凝結水管道振動會使管道產生較大的應力，引起管道和支吊架材料的疲勞損傷，積累到一定程度會形成裂紋，特別是在彎頭、焊縫等性能較差并承受較高應力的部位。這將直接影響整個機組的經濟性和安全性，必須盡早解決管道的振動問題。減振方法大概有以下幾點。

（1）合理設計管道系統，應盡量避免管道彎頭過多和異徑管道；合理設置支吊架，增加管道系統剛性。

（2）合理布置閥門站位置，減少汽蝕。

（3）機組低負荷小流量運行時，打開凝結水泵再循環門，進行分流調節。

（4）在管道的某些部位增加支撐，以約束管道由于振動而引起的有害變位。但采取這種措施需對管道系統進行受力分析，并充分考慮管道在各種狀態（如冷態、熱態）下的變位情況，避免不當的限振措施對管道產生附加危害[3]。

（5）凝結水最小流量再循環閥后加節流孔板。節流孔板應靠凝汽器端布置，減小最小流量再循環閥前后壓差，破壞介質汽化的條件，減小閥后介質發生汽化的幾率。

此外，凝結水泵啟動前，開啟低旁減溫水、疏水擴容器減溫水等凝結水各雜項用戶，盡可能降低再循環流量和凝結水系統壓力；在滿足凝結水系統工作壓力要求和凝結水泵保護的前提下，及時關閉再循環門；盡可能避免再循環調節閥和旁路閥同時開啟的情況，避免閥門組垂直方向流向的高頻振動。

導致管道振動的因素有很多，解決方案也不盡相同。本文針對凝結水再循環管路振動的原因進行深入分析，提出了合理布置管道、閥門及支吊架、正確使用再循環門、設置節流孔板等措施，確保機組安全、經濟運行。

參考文獻

[1]陸江云，楊春.凝結水再循環管道振動問題分析與處理[J].廣西電力，2008（5）：24-25.

[2]楊金星，李江勇，唐璐.2號機組凝結水再循環管道振動分析與治理[J].華北電力技術，2012（10）：52-54.

[3]王勝捷，王華.330MW機組凝結水管道振動原因及減振措施[J].維修與改造，2005（7）：57-58.