火電廠汽水管道振動(dòng)的原因及解決對(duì)策

黃浩

大唐長(zhǎng)春第二熱電有限責(zé)任公司 吉林長(zhǎng)春 130000

隨著設(shè)計(jì)成品質(zhì)量要求越來(lái)越高、設(shè)計(jì)工期控制越來(lái)越嚴(yán)，火力發(fā)電廠管道的高效、精細(xì)化設(shè)計(jì)變得越來(lái)越重要。現(xiàn)通過(guò)分析火力發(fā)電廠管道設(shè)計(jì)特點(diǎn)，探索了一套火力發(fā)電廠管道高效、精細(xì)化設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用檢驗(yàn)，該方案可大幅提高設(shè)計(jì)效率和成品質(zhì)量。

1 電廠汽水管道特征

在電廠運(yùn)行的所有設(shè)備中，汽水管道是其中最不可少的設(shè)備之一，集中展現(xiàn)在EH汽水管道、潤(rùn)滑汽水管道、頂軸汽水管道及鍋爐燃汽水管道等方面，這類管道一般都是普通20鋼或者18-8型不銹鋼材質(zhì)，其中關(guān)系到的品種的規(guī)格比較豐富、管道的口徑不大。汽水管道上層面的焊口數(shù)量比較多，同時(shí)分布比較密集；有些管道焊口位置不容易被發(fā)現(xiàn)，相對(duì)隱蔽，經(jīng)常會(huì)使焊接操作時(shí)出現(xiàn)一些難題；特別是不銹鋼，這類金屬屬于高鉻合金，材質(zhì)種類屬于不尋常的品種，通常會(huì)發(fā)生比較大的晶問(wèn)腐蝕和熱裂紋情況，完成焊接工作時(shí)難度系數(shù)也比較大。各類汽水管道的焊接都需要運(yùn)用到氬弧焊工藝，而對(duì)于直徑小于60mm或者厚度為5mm的汽水管道，焊接時(shí)采取的工藝可以是全氬弧焊；倘若汽水管道直徑比60mm大，或者厚度在5mm以上，需要相關(guān)技術(shù)人員將焊接時(shí)采用的工藝更改為氬弧焊打底電弧焊蓋面。這其中的關(guān)鍵原因是，在不銹鋼中，cr的含量已經(jīng)在13%以上，稍稍不注意，就會(huì)讓焊接根部發(fā)生氧化或者過(guò)度燒化的情況，所以，在焊接時(shí)，需要在管道內(nèi)部進(jìn)行充氬或者混合惰性氣體操作，從而達(dá)到保護(hù)的作用，確保焊接施工質(zhì)量。

2 管道振動(dòng)原因分析

2.1 管道內(nèi)部流體脈動(dòng)引起的振動(dòng)

管道內(nèi)的流體運(yùn)行是依靠各種泵以及壓縮機(jī)的做功實(shí)現(xiàn)的。水汽管道內(nèi)的運(yùn)行工況比較復(fù)雜，溫度以及壓力等都可以影響流體的流動(dòng)情況。當(dāng)泵對(duì)管道內(nèi)的流體進(jìn)行加壓時(shí)，由于加壓的方式不連續(xù)，導(dǎo)致流體的壓力以及速度上下波動(dòng)，也就是流體脈動(dòng)現(xiàn)象。管道內(nèi)的流體如果處于脈動(dòng)狀態(tài)，在流經(jīng)管道的閥門以及彎頭等部件時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一定的激振力，在激振力的影響下，就會(huì)導(dǎo)致水汽管道發(fā)生異常振動(dòng)。

2.2 管道設(shè)計(jì)的復(fù)雜性

管道設(shè)計(jì)范圍主要是電廠動(dòng)力管道，其介質(zhì)主要包含蒸汽、水、氣和易燃易爆、有毒及腐蝕性液體或氣體等。火力發(fā)電廠的汽水管道包含高溫高壓汽水管道、中低壓汽水管道和其他管道。這些復(fù)雜系統(tǒng)的管道均存在疏水、放水、放氣用等小管道。管道設(shè)計(jì)配合主要體現(xiàn)在兩個(gè)專業(yè)的配合上：一為熱控專業(yè)，不同管道上存在數(shù)量不定的熱控測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)的位置均有特別要求；二為土建專業(yè)的關(guān)于管道預(yù)埋件荷載提資及管道穿墻、穿樓板的開(kāi)孔提資。因電廠各類管道數(shù)量眾多，預(yù)埋件更是數(shù)不勝數(shù)，相關(guān)的設(shè)計(jì)配合工作量非常巨大。

3 火電廠汽水管道振動(dòng)故障的解決

3.1 減振

對(duì)不能消除的原因引起的振動(dòng)只能用間接措施來(lái)改善情況。對(duì)存在缺陷的管道支吊架進(jìn)行調(diào)整、修復(fù)；增設(shè)限位支架（改變管道局部結(jié)構(gòu)剛度）、液壓阻尼器、機(jī)械阻尼器或彈簧減震器；增加隔而固阻尼器（增加管道阻尼）。

3.2 汽管道壓降的計(jì)算

《管規(guī)》針對(duì)主蒸汽壓力取值的第二項(xiàng)規(guī)定是汽輪機(jī)主汽門進(jìn)口處設(shè)計(jì)壓力加主蒸汽管道壓降。如按此條款計(jì)算主蒸汽管道設(shè)計(jì)壓力，則應(yīng)首先計(jì)算出主蒸汽管道的壓降值，再與主汽門進(jìn)口處設(shè)計(jì)壓力相加得出主蒸汽管道設(shè)計(jì)壓力。但在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中：（a）首先應(yīng)確定主蒸汽管道的設(shè)計(jì)壓力，因?yàn)樵O(shè)計(jì)壓力是選取主蒸汽管道規(guī)格的前提條件，而當(dāng)主蒸汽管道規(guī)格確定后，才能進(jìn)行壓降值的計(jì)算，當(dāng)計(jì)算出的壓降值不符合要求時(shí)，再返回上一步調(diào)整主蒸汽管道規(guī)格，再計(jì)算壓降至合格為止。即在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，往往是先確定設(shè)計(jì)壓力，再計(jì)算管道壓降。但按照此條款，主蒸汽管道設(shè)計(jì)壓力又受到管道壓降的制約，這與實(shí)際的設(shè)計(jì)習(xí)慣不符。（b）在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，為了提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性，往往將主蒸汽管道的壓降控制在5%之內(nèi)。因此，基本上國(guó)內(nèi)所有的超超臨界機(jī)組在進(jìn)行主蒸汽管道設(shè)計(jì)壓力計(jì)算選擇時(shí)，都取汽輪機(jī)主汽門進(jìn)口處設(shè)計(jì)壓力的105%。

3.3 調(diào)整管道系統(tǒng)的固有頻率

通過(guò)合理地調(diào)整水汽管道的固有頻率，讓其在一個(gè)合理的工作范圍內(nèi)，減少共振現(xiàn)象。管道內(nèi)的流體速度增大時(shí)，管道系統(tǒng)的剛度就會(huì)下降，管道的固有頻率就會(huì)降低，流體的速度繼續(xù)增大，直到將近達(dá)到臨界流速時(shí)，此時(shí)管道出現(xiàn)失穩(wěn)的情況，出現(xiàn)管道頻率反復(fù)升降的情況。在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，如果管道內(nèi)流體的流速達(dá)不到臨界值，就不用考慮改變管道的固有頻率。如果激振力的來(lái)源暫無(wú)法查明或者是激振力無(wú)法減小的情況下，可以通過(guò)改變管道的固有頻率來(lái)避免共振現(xiàn)象，可以安裝動(dòng)力減振期以及擺式吸振器等吸振裝置，來(lái)減少管道上的振動(dòng)能量。此外，管道的徑長(zhǎng)比要合理，要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的支管的長(zhǎng)度，包括支管的位置都要設(shè)置合理，提高水汽管道的固有頻率，減少由于共振引發(fā)的振動(dòng)情況。

4 結(jié)語(yǔ)

火力發(fā)電廠管道高效、精細(xì)化設(shè)計(jì)方案，并引進(jìn)各設(shè)計(jì)平臺(tái)和設(shè)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)了火力發(fā)電廠管道的精細(xì)化、高效設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)實(shí)際項(xiàng)目檢驗(yàn)，本套設(shè)計(jì)方案完全可行，可極大地提高設(shè)計(jì)效率和成品質(zhì)量。還需要工作人員及時(shí)地監(jiān)測(cè)鍋爐運(yùn)行狀況，一旦出現(xiàn)管道異常振動(dòng)，要綜合引起振動(dòng)的因素及時(shí)地排除故障，確保汽水管道穩(wěn)定運(yùn)行。