水位控制閥疏水管道振動分析及改善策略

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

關(guān)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(shè)計的印度某600MW超臨界火力發(fā)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(xiàn)明顯的振動現(xiàn)象。為此，設(shè)計院會同總包方和鍋爐廠及時進(jìn)行了技術(shù)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(tǒng)設(shè)置及管道振動情況簡介

此工程的鍋爐啟動疏水系統(tǒng)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(jīng)361閥減壓，并在閥后經(jīng)噴水減溫，水質(zhì)合格時接入主機(jī)凝汽器回收，水質(zhì)不合格時排入主機(jī)循環(huán)水出水管。

在最初進(jìn)行管道布置設(shè)計時，已考慮到361閥后會出現(xiàn)汽液兩相引起振動，所以將361閥布置在汽機(jī)房零米層凝汽器附近，但是實際的鍋爐熱態(tài)清洗和啟動過程中，管道依然出現(xiàn)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(huán)水的兩路管道均有振動。

2 管道振動原因分析

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

兩相流有多種流動形態(tài)，如泡狀、彈狀、乳沫狀、環(huán)狀、塊狀、塞狀、分層流等，與介質(zhì)參數(shù)、流速、含汽率、流道等諸多因素有關(guān)。即便是單一流型，流動過程的狀態(tài)已經(jīng)是非常不穩(wěn)定。具體到本系統(tǒng)管道中，隨著流體不斷變向，流動狀態(tài)更加復(fù)雜且紊亂。

在相同參數(shù)下，蒸汽的比容要遠(yuǎn)大于水的比容。所以，在質(zhì)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(jù)鍋爐廠提供的資料，按照振動最惡劣的工況即干濕態(tài)轉(zhuǎn)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(jīng)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(dá)到84m/s。

在介質(zhì)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(jìn)一步增加。

結(jié)合管道布置考慮，管道從361閥至凝汽器接口處或循環(huán)水出手管處，距離較遠(yuǎn)，且多次變向，每一處流動變向（包括彎頭和三通）處，均會發(fā)生壓力波動和沖力變化，從而產(chǎn)生激振。本系統(tǒng)并非常溫或低溫管道，出于管道自身應(yīng)力和端點推力考慮，無法設(shè)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(jīng)過多處變向產(chǎn)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(huán)水出手管，兩處接口相距較遠(yuǎn)，所以不可能保證閥后兩路管道都很短。根據(jù)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(xiàn)。所以此管道的振動現(xiàn)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(qiáng)度。具體措施如下：

（1）調(diào)整361閥門組的布置位置，進(jìn)一步靠近凝汽器，縮短閥后管道的長度，且減少彎頭數(shù)量。

（2）取消原設(shè)計的361閥后至凝汽器管路的電動調(diào)節(jié)閥，因為調(diào)節(jié)閥內(nèi)流態(tài)復(fù)雜，很容易產(chǎn)生激振。

此兩項措施為減少振源。

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

（4）將361閥后的噴水接口改為多噴頭結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)噴水摻混的減溫效果，也可以增強(qiáng)流態(tài)的穩(wěn)定性。

（5）疏水管道進(jìn)凝汽器處設(shè)減溫減壓器，進(jìn)循環(huán)水排水管處設(shè)多孔節(jié)流裝置，保持管路中的介質(zhì)壓力較高，從而減小兩相流中蒸汽的比容，減小流速。

（6）結(jié)合應(yīng)力分析的結(jié)果，在滿足管道各處應(yīng)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(shù)量，需要設(shè)彎頭的地方優(yōu)先采用30°，45等小角度彎頭。同時在管道上盡量不設(shè)彈簧支吊架而采用剛性支吊架，盡可能多設(shè)限位裝置，從而增加管道的剛性。

此六項措施為減弱振源強(qiáng)度。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文從實際角度出發(fā)，對于平時工作進(jìn)行了生產(chǎn)經(jīng)驗的總結(jié)，對于361閥管路振動問題的原因進(jìn)行了深入的分析，并且提出了相對應(yīng)的改善措施，并且在具體的實際生產(chǎn)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(jī)組進(jìn)行投入生產(chǎn)避免管道振動提供一些有效的借鑒。

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