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摘 要：空冷系统凝结水回水立管振动是所有空冷机组都无法回避的一个难题，造成振动的原因是多样的。本文将就空冷系统凝结水管道流动进行分析，并提出解决凝结水回水立管振动的方法。
关键词：空冷；凝结水回水；振动
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0284-01
概 述
直接空冷作为一种有效节水型火力发电技术，在我国富煤、缺水的西北、华北部地区得到大力发展。在已投产的采用直接空冷系统的电厂运行中，普遍存在着凝结水系统的管道振动问题，虽然采取了增加或加固支座等措施，减振效果并不明显。因此，在进行凝结水管道技改中，应详细地进行流动诱发振动分析，避免管道振动破坏。本文将主要从加装减震装置和更改凝结水在管道内的流动路径两种方式分析如何消除凝结水管路振动问题。
1 背景介绍
中电投乌苏热电分公司1、2号机空冷岛凝结水回水管，每台机有两根管径DN370立管分左右进入排气装置通过碟形喷嘴除氧后进入热井内。
由于空冷岛凝结水回水管高33m，管道在机组运行中会发生剧烈振动，随时会造成管道焊缝开裂和支吊架损坏，对机组运行形成安全隐患，故分公司将消除空冷岛凝结水回水管振动改造列为2014年技术攻关改造项目。
2 凝结水回水立管振动机理分析
凝结水在管内流動方向为水平流动—垂直流动—水平流动，在管内流动过程中，随着机组负荷变动、汽液两相流物性参数、管道管径及布置方式等不同，流动判别参数不同，流态也各不相同。研究表明，不同流型的汽液两相流动对管道的激振强度各不相同，流动为段塞流型时，流动的脉动特征明显，汽体和液体交替流动，对管道激振强度大，当段塞流经过弯管时，因其间歇流动，会对弯管产生周期性冲击，使管系产生剧烈振动，从而导致变形、循环应力甚至疲劳破坏，当流动为水平流动且分层流型时，流体流动平静，激振作用很小。
3 凝结水回水立管振源分析
试验分析发现：造成凝结水回水立管振动的原因分为两类：①外部原因：如因与凝结水管相关的设备振动引起的凝结水回水管道振动，或在外部扰动下，如大风、地震等原因造成的振动。②内部原因：
a.因重力因素影响，落差过大，导致管道振动，具体表现在凝结水经空冷岛凝结水回水管在33m高的情况下，将回水的重力势能在极短的时间内释放为对凝结水回水管水平段的冲击动能，在机组满负荷的情况下，这个动能强度会达到一台中型电动机的功率，凝结水管路设计原因导致重力势能短时间快速释放于凝结水回水管水平段、弯头等处，这是造成空冷系统立管振动的重要因素。
b.弯头振动，正常运行工况下，凝结水回水在弯头处是一个稳定运行的工况，弯头处振动不大。当机组负荷发生变化，凝结水回水量变化处于波动状态时，作用于管道，将引起管道振动。变工况下流动的凝结水是造成弯头处振动的根本原因，因为凝结水回水立管垂直位置是固定的，这样振动就会导致回水管水平位置发生位移，或管道损坏。
c.共振影响。
运行经验表明：管道的共振强度和管道的支撑点长度及单位长度内的介质质量有关，管道支撑点长度越大，管道共振概率越大，单位长度内介质质量越大，越容易发生共振。因此控制凝结水回水管水平段支撑点长度，可避免共振的发生。
4 凝结水回水立管技术改造
凝结水回水立管改造主要是两个思路：①改造凝结水水平段；②加装减振装置。
4.1 水平段改造
在水平段处通过增加支撑点和弯头的方式，化解因共振、重力冲击等原因导致的振动，同时将弯头部位改造成大的圆弧状结构，可有效降低重力因素引发的瞬间能量释放振动。[1]
4.2 加装减震装置
通过1、2号机空冷岛凝结水回水管技术攻关改造，消除了空冷岛凝结水回水管振动和管道焊口脱焊裂纹的危险。加装减振装置，在1号机空冷岛A、B两侧凝结水回水管道立管10m处加装网状导流减振装置；A、B两侧分别加装各1台，长1m，直径DN350的导流减振装置。可有效地避免凝结水在管道内的水锤现象的发生，使机组真空系统运行更加稳定。
4.2.1 效果对比
技术攻关前状况：乌苏热电分公司1号、2号机空冷岛凝结水回水管道在运行中一直都在发生剧烈振动，回水立管随时都可能发生管道焊口脱焊和支吊架损坏的危险；严重威胁到机组的安全经济运行。
技术攻关落实措施：改造工作开始前，对1号、2号机空冷岛凝结水回水管道进行详细观察，分析造成凝结水回水管道剧烈振动的原因是因为凝结水在真空管道内由于形成水锤现象造成的。根据原因分析我们制作了几种不同形式的“管道消振装置”进行试验；选择效果最好的安装在管道中部。
4.2.2 经济分析
（1）通过“管道消振装置”的安装，消除了1、2号机组空冷岛凝结水回水管道剧烈振动缺陷，提高了机组运行的安全性，有效地避免由于管道振动所造成的金属疲劳使管道断裂危险。
（2）加装减振装置，可有效地避免凝结水在管道内的水锤现象的发生，使机组真空系统运行更加稳定。同时由于凝结水流的稳定也使的热井内凝结水喷嘴除氧效果更好。
产生效益：通过技术攻关消除了1、2号机重大缺陷，解决了1、2号机组长期存在的安全隐患，将对1、2号机组的安全、经济运行带来很大的收益；延长了1、2号机组设备的使用寿命。
效果分析：
（1）通过2014年8月1、2号机组空冷岛凝结水回水管道剧烈振动缺陷的消除，提高了空冷岛设备运行的经济性和安全性。
（2）管道剧烈振动缺陷的消除，有效地避免由于管道振动所造成的金属疲劳使管道断裂危险。提高了空冷岛设备运行的安全性。
后续工作：目前本厂加装一级减振装置，空冷系统凝结水回水立管在变负荷工况下运行稳定，管道振动现象基本消除。如在今后工作中再发生管道振动，则考虑在立管适当部位加装二级减振装置。
5 结束语
空冷系统凝结水回水立管振动是很多因素共同作用的结果。通过改变凝结水回水管的走向，如增加水平段支撑点和改造垂直段和水平段的连接方式，如减少垂直段距离，加装圆弧回旋过度段等，虽然也能对空冷岛回水立管振动有所减少，但是振动的根源并没有消除。采用在回水管处加装减振装置可有效改变凝结水回水的流动情况，通过消旋、缓冲，减少重力势能快速释放的振动效果，避免水锤现象的发生，有效遏制空冷系统凝结水回水立管振动现象的发生。
参考文献
[1]王艳英.动力管道振动及消除措施.科技创新导报，2008，31：87.
收稿日期：2018-8-14
关键词：空冷；凝结水回水；振动
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0284-01
概 述
直接空冷作为一种有效节水型火力发电技术，在我国富煤、缺水的西北、华北部地区得到大力发展。在已投产的采用直接空冷系统的电厂运行中，普遍存在着凝结水系统的管道振动问题，虽然采取了增加或加固支座等措施，减振效果并不明显。因此，在进行凝结水管道技改中，应详细地进行流动诱发振动分析，避免管道振动破坏。本文将主要从加装减震装置和更改凝结水在管道内的流动路径两种方式分析如何消除凝结水管路振动问题。
1 背景介绍
中电投乌苏热电分公司1、2号机空冷岛凝结水回水管，每台机有两根管径DN370立管分左右进入排气装置通过碟形喷嘴除氧后进入热井内。
由于空冷岛凝结水回水管高33m，管道在机组运行中会发生剧烈振动，随时会造成管道焊缝开裂和支吊架损坏，对机组运行形成安全隐患，故分公司将消除空冷岛凝结水回水管振动改造列为2014年技术攻关改造项目。
2 凝结水回水立管振动机理分析
凝结水在管内流動方向为水平流动—垂直流动—水平流动，在管内流动过程中，随着机组负荷变动、汽液两相流物性参数、管道管径及布置方式等不同，流动判别参数不同，流态也各不相同。研究表明，不同流型的汽液两相流动对管道的激振强度各不相同，流动为段塞流型时，流动的脉动特征明显，汽体和液体交替流动，对管道激振强度大，当段塞流经过弯管时，因其间歇流动，会对弯管产生周期性冲击，使管系产生剧烈振动，从而导致变形、循环应力甚至疲劳破坏，当流动为水平流动且分层流型时，流体流动平静，激振作用很小。
3 凝结水回水立管振源分析
试验分析发现：造成凝结水回水立管振动的原因分为两类：①外部原因：如因与凝结水管相关的设备振动引起的凝结水回水管道振动，或在外部扰动下，如大风、地震等原因造成的振动。②内部原因：
a.因重力因素影响，落差过大，导致管道振动，具体表现在凝结水经空冷岛凝结水回水管在33m高的情况下，将回水的重力势能在极短的时间内释放为对凝结水回水管水平段的冲击动能，在机组满负荷的情况下，这个动能强度会达到一台中型电动机的功率，凝结水管路设计原因导致重力势能短时间快速释放于凝结水回水管水平段、弯头等处，这是造成空冷系统立管振动的重要因素。
b.弯头振动，正常运行工况下，凝结水回水在弯头处是一个稳定运行的工况，弯头处振动不大。当机组负荷发生变化，凝结水回水量变化处于波动状态时，作用于管道，将引起管道振动。变工况下流动的凝结水是造成弯头处振动的根本原因，因为凝结水回水立管垂直位置是固定的，这样振动就会导致回水管水平位置发生位移，或管道损坏。
c.共振影响。
运行经验表明：管道的共振强度和管道的支撑点长度及单位长度内的介质质量有关，管道支撑点长度越大，管道共振概率越大，单位长度内介质质量越大，越容易发生共振。因此控制凝结水回水管水平段支撑点长度，可避免共振的发生。
4 凝结水回水立管技术改造
凝结水回水立管改造主要是两个思路：①改造凝结水水平段；②加装减振装置。
4.1 水平段改造
在水平段处通过增加支撑点和弯头的方式，化解因共振、重力冲击等原因导致的振动，同时将弯头部位改造成大的圆弧状结构，可有效降低重力因素引发的瞬间能量释放振动。[1]
4.2 加装减震装置
通过1、2号机空冷岛凝结水回水管技术攻关改造，消除了空冷岛凝结水回水管振动和管道焊口脱焊裂纹的危险。加装减振装置，在1号机空冷岛A、B两侧凝结水回水管道立管10m处加装网状导流减振装置；A、B两侧分别加装各1台，长1m，直径DN350的导流减振装置。可有效地避免凝结水在管道内的水锤现象的发生，使机组真空系统运行更加稳定。
4.2.1 效果对比
技术攻关前状况：乌苏热电分公司1号、2号机空冷岛凝结水回水管道在运行中一直都在发生剧烈振动，回水立管随时都可能发生管道焊口脱焊和支吊架损坏的危险；严重威胁到机组的安全经济运行。
技术攻关落实措施：改造工作开始前，对1号、2号机空冷岛凝结水回水管道进行详细观察，分析造成凝结水回水管道剧烈振动的原因是因为凝结水在真空管道内由于形成水锤现象造成的。根据原因分析我们制作了几种不同形式的“管道消振装置”进行试验；选择效果最好的安装在管道中部。
4.2.2 经济分析
（1）通过“管道消振装置”的安装，消除了1、2号机组空冷岛凝结水回水管道剧烈振动缺陷，提高了机组运行的安全性，有效地避免由于管道振动所造成的金属疲劳使管道断裂危险。
（2）加装减振装置，可有效地避免凝结水在管道内的水锤现象的发生，使机组真空系统运行更加稳定。同时由于凝结水流的稳定也使的热井内凝结水喷嘴除氧效果更好。
产生效益：通过技术攻关消除了1、2号机重大缺陷，解决了1、2号机组长期存在的安全隐患，将对1、2号机组的安全、经济运行带来很大的收益；延长了1、2号机组设备的使用寿命。
效果分析：
（1）通过2014年8月1、2号机组空冷岛凝结水回水管道剧烈振动缺陷的消除，提高了空冷岛设备运行的经济性和安全性。
（2）管道剧烈振动缺陷的消除，有效地避免由于管道振动所造成的金属疲劳使管道断裂危险。提高了空冷岛设备运行的安全性。
后续工作：目前本厂加装一级减振装置，空冷系统凝结水回水立管在变负荷工况下运行稳定，管道振动现象基本消除。如在今后工作中再发生管道振动，则考虑在立管适当部位加装二级减振装置。
5 结束语
空冷系统凝结水回水立管振动是很多因素共同作用的结果。通过改变凝结水回水管的走向，如增加水平段支撑点和改造垂直段和水平段的连接方式，如减少垂直段距离，加装圆弧回旋过度段等，虽然也能对空冷岛回水立管振动有所减少，但是振动的根源并没有消除。采用在回水管处加装减振装置可有效改变凝结水回水的流动情况，通过消旋、缓冲，减少重力势能快速释放的振动效果，避免水锤现象的发生，有效遏制空冷系统凝结水回水立管振动现象的发生。
参考文献
[1]王艳英.动力管道振动及消除措施.科技创新导报，2008，31：87.
收稿日期：2018-8-14