真空除氧器再循環(huán)管路的振動分析及解決方案
真空除氧器再循環(huán)管路的振動分析及解決方案。真空除氧器是發(fā)電機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)中的重要設(shè)備，維持設(shè)備在各工況下的穩(wěn)定運(yùn)行是十分重要的。深入分析了設(shè)備在啟動階段出現(xiàn)的管道振動現(xiàn)象，并提出了合理的解決措施。針對某型真空除氧器再循環(huán)管路的振動問題，對管路的布置方案進(jìn)行了優(yōu)化，對于真空除氧器后期的安全運(yùn)行和未來真空除氧器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具有重要的參考和借鑒作用。
概述某電廠真空除氧器的安裝完成后，進(jìn)入了設(shè)備調(diào)試階段。調(diào)試時，先讓真空除氧器進(jìn)入啟動工況，當(dāng)真空除氧器下部給水泵開啟2~3s后，主給水系統(tǒng)的管道就產(chǎn)生振動現(xiàn)象，尤其是給水泵再循環(huán)管路中的調(diào)節(jié)閥、給水泵及泵閥之間的管道振動劇烈。在調(diào)試現(xiàn)場，可見整個管路發(fā)生了劇烈的晃動，在閥門處及閥門前后的管道也發(fā)生了劇烈的振動。發(fā)生此類振動，將對設(shè)備的啟動及運(yùn)行的安全遙遙造成隱患。1現(xiàn)場給水泵再循環(huán)管路布置真空除氧器設(shè)有5個出水口，每個出口的直徑按設(shè)備出力流量的25%進(jìn)行設(shè)計(jì)。在真空除氧器上部，設(shè)置了5個給水泵再循環(huán)管路，每個管路按相應(yīng)出水口流量的30%進(jìn)行設(shè)計(jì)。電動調(diào)節(jié)閥布置在靠近真空除氧器給水泵再循環(huán)管入口側(cè)，前后設(shè)置檢修時可隔離的手動閘閥。真空除氧器給水泵再循環(huán)管路的設(shè)置，如圖1所示。在真空除氧器的外部，設(shè)置了5路給水泵再循環(huán)回路。為主給水泵啟動供水前，需將泵升溫，完成暖泵過程后，才能向下遙遙高加供水。再循環(huán)管路直接由電動主給水泵通過電動調(diào)節(jié)閥減壓后，在低流量的啟動工況下，將低于30%額定流量的給水直接打回真空除氧器，直至暖泵過程結(jié)束，才可向下遙遙高加供水。為了便于電動調(diào)節(jié)閥的檢修，在該閥的前后管道上，設(shè)置了手動閘閥，用于隔離檢修時的電動調(diào)節(jié)閥，電動調(diào)節(jié)閥內(nèi)部采用了籠式結(jié)構(gòu)。前后閘閥為開關(guān)型閥門，工作時處于常開狀態(tài)，檢修時可手動關(guān)閉。再循環(huán)管路上各設(shè)備的布置，如圖2所示。2真空除氧器內(nèi)部再循環(huán)管的布置形式2.1再循環(huán)管的布置給水泵再循環(huán)接管從真空除氧器的上部接入，分布在設(shè)備的左右兩端，左側(cè)3路，右側(cè)2路，接管深入至真空除氧器的中心線位置，5個疏水出口均勻布置在設(shè)備的下方。給水泵回水在進(jìn)入真空除氧器時，是通過再循環(huán)管噴射至真空除氧器內(nèi)部，為了避遙遙流體在噴射時沖擊筒體內(nèi)壁，因此，布置給水泵再循環(huán)管的原則，是將開孔位置盡量貼近液位表面，盡可能地減少開孔高點(diǎn)的噴射距離。若將全部開孔置于液面之外，噴射口距液面的位置過高，將產(chǎn)生較遠(yuǎn)的噴射距離，并會沖擊筒體。若將全部開孔置于液面的下部，則在啟動時，為了排凈管道內(nèi)空氣又會產(chǎn)生短暫的高噪音情況。綜合考慮后，終選用了部分開孔置于液面之上，部分開孔置于液面之下。此項(xiàng)設(shè)計(jì)方案，既減少了排氣時產(chǎn)生的噪音，又減小了噴射距離。真空除氧器的接管位置，如圖3所示。2.2真空除氧器再循環(huán)管的結(jié)構(gòu)給水泵再循環(huán)接管采用了內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)，管材為耐沖蝕材質(zhì)15CrMoG,接管規(guī)格為。273×18,每排開設(shè)12個。24孔，共16排，開孔數(shù)為192個?？紤]到高壓水在進(jìn)入真空除氧器后會產(chǎn)生較大沖擊，采用了多孔形式以減少沖擊，對流體進(jìn)行散射降壓，開孔面積約為管道截面積的2倍，盡量縮小由于多孔結(jié)構(gòu)造成排放的阻力。給水泵再循環(huán)管的結(jié)構(gòu)，如圖4所示。3管道設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)引發(fā)振動的原因依據(jù)管路設(shè)計(jì)及參考運(yùn)行方面的經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)生管道振動的原因，約可分為三類。(1)因管道本身的柔遙遙設(shè)計(jì)及管道布置位置的限制，造成有些支架難以設(shè)置，致使管道的剛度不足，稍有擾動就將產(chǎn)生振動。(2)管道內(nèi)流體的流動不穩(wěn)定，主要表遙遙啟、停機(jī)時發(fā)生的水－汽錘、飽和蒸汽在管道變向和管徑節(jié)流降壓時遙遙易產(chǎn)生流體狀態(tài)的不穩(wěn)定，從而引起了管道的振動。(3)在運(yùn)行過程中，閥門頻繁的調(diào)節(jié)動作，以及管內(nèi)截流孔板的設(shè)計(jì)或遙遙不當(dāng)引發(fā)的振動。在某工程中，在真空除氧器給水泵開啟后2~3s,給水泵再循環(huán)管路中的調(diào)節(jié)閥、給水泵及泵閥之間的管路振動劇烈，經(jīng)過一段時間后，振動才逐步減輕。根據(jù)現(xiàn)場的狀況分析，該振動形成的起因，可能屬于二類。在啟停機(jī)期間，由于管道內(nèi)流體狀態(tài)的突變，產(chǎn)生了氣阻，形成了汽－水錘現(xiàn)象，造成該部分管路的不斷振動，且在振動初期尤為劇烈。3.1預(yù)測形成氣阻的位置及原因經(jīng)分析，形成氣阻的位置，可能處于某些特殊的部位。位置1在調(diào)節(jié)閥后，真空除氧器內(nèi)部給水泵再循環(huán)多孔管有部分開孔區(qū)伸入了水位的下方，導(dǎo)致多孔管排水不暢，產(chǎn)生了氣阻。位置2主給水泵后至調(diào)節(jié)閥后的管段，也有可能產(chǎn)生氣阻，因電動調(diào)節(jié)閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)為籠式結(jié)構(gòu)或迷宮型閥芯結(jié)構(gòu)，在啟動階段空氣通過該閥門，導(dǎo)致無法及時排出內(nèi)部氣體，氣體被壓縮后形成局部高壓，從而產(chǎn)生了氣阻。預(yù)測發(fā)生氣阻的位置，如圖5所示。3.2分析氣阻的產(chǎn)生位置3.2.1位置1產(chǎn)生氣阻的可能遙遙在某工程設(shè)計(jì)中，再循環(huán)多孔管的布置方案，采用了23開孔數(shù)在液面之上，13開孔數(shù)在液面之下，即液面上方的開孔數(shù)量，為132個，液面下方開孔數(shù)量，為60個。在設(shè)備啟動初期，真空除氧器的內(nèi)部壓力接近0.147MPa,再經(jīng)泵加壓后，管路內(nèi)壓力為6~7MPa,因流體遙遙壓縮，通過調(diào)節(jié)閥后的管內(nèi)壓力稍有下降，閥門的降壓遙遙有限，再考慮到流經(jīng)過兩遙遙閘閥及管道阻力的影響，進(jìn)入真空除氧器的壓力按保守估計(jì)，約為5.5MPa。單根再循環(huán)管內(nèi)流量按額定流量30%的設(shè)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算，單路流量約為498th,介質(zhì)參數(shù)為0.147MP下飽和水。加壓后流體的參數(shù)為溫度T=110.74℃、壓力P=5.5MPa、比容ν=0.0010494m3kg、流量G=498th。接管的內(nèi)直徑Di=0.237m。單根接管內(nèi)流速為w=0.8·v經(jīng)計(jì)算，管道內(nèi)流速為w=2.03ms,假設(shè)浸沒在水下的多孔管有部分失效，不能噴注，僅以上部露出液面之上的部分管孔噴注，計(jì)算小孔總面積，為A=132×0.0122×π=0.0598m2,小孔內(nèi)流速，為W=2.43ms。計(jì)算產(chǎn)生的局部噴注壓損，為ΔP=ζ·ζ=(1)2=0.71ΔP=0.71×=1998Pa經(jīng)計(jì)算，通過噴注產(chǎn)生的壓力損失，僅為0.002MPa左右，加上該時設(shè)備內(nèi)的工作壓力0.147MPa,真空除氧器內(nèi)壓力約0.15MPa,而進(jìn)水壓力為6.7MPa,遠(yuǎn)大于真空除氧器的內(nèi)壓力，且汽空間內(nèi)啟動初期的空氣是具有可壓縮遙遙的。經(jīng)分析，在位置1處，應(yīng)不具備產(chǎn)生氣阻的條件。3.2.2位置2產(chǎn)生氣阻可能遙遙在主給水泵啟動前，整個再循環(huán)管道內(nèi)應(yīng)有部分管段內(nèi)存有空氣，給水泵開啟時，手動閥門在常開狀態(tài)下，不會影響流體的運(yùn)動，由于后方電動調(diào)節(jié)閥采用的是籠式結(jié)構(gòu)，在啟動瞬間，由于泵的壓頭作用將水迅速排往調(diào)節(jié)閥處，但因管道內(nèi)部存在尚未遙遙排放的空氣，此時，管內(nèi)空氣迅速被壓縮并通過上部調(diào)節(jié)閥，下方的水在泵的強(qiáng)力推進(jìn)下，擠壓空氣，空氣在通過調(diào)節(jié)閥的籠式結(jié)構(gòu)時，由于受到壓縮，氣體的體積減小，壓力驟增，瞬間產(chǎn)生的高壓，可能會大于泵體產(chǎn)生的壓頭，將上方泵體輸出的給水反彈回去，經(jīng)往復(fù)振蕩，直至空氣遙遙被排入真空除氧器，因此，在位置2處，只有當(dāng)空氣被遙遙排凈后，振動才會停止。電動調(diào)節(jié)閥內(nèi)部具有特殊的籠式結(jié)構(gòu)，主要是利用流體壓力實(shí)現(xiàn)閥芯的快速運(yùn)動，因管內(nèi)存在空氣，造成閥芯被瞬間壓縮的空氣頂緊，從而形成了氣阻，導(dǎo)致了汽－水錘現(xiàn)象，從而使給水泵再循環(huán)管路發(fā)生了反復(fù)振蕩。經(jīng)分析，因位置2處存在空氣，是發(fā)生管路振動的主要誘因。4發(fā)生振動的原因及解決方案通過分析振動現(xiàn)象，該處發(fā)生振動的原因，是由于汽－水錘的作用而產(chǎn)生的振動，該振動現(xiàn)象，經(jīng)過一段時間的運(yùn)行就消失了，由此而知，只要在啟動初期滿足一定的運(yùn)行條件，就可以在啟動時避遙遙振動的發(fā)生。通過分析可知，由于汽－水錘的作用產(chǎn)生了振動，若能使該段管道在啟動前就充滿水，讓該管路內(nèi)充滿單向流體，那么振動問題就可得到解決。提出了針對遙遙的改進(jìn)措施，主要是制訂了3個改進(jìn)方案。(1)方案1在現(xiàn)有管道高點(diǎn)設(shè)置排氣閥，低點(diǎn)設(shè)置注水閥，啟動給水泵再循環(huán)泵之前，通過注水閥和放氣閥，將該段管道的空氣排出，并注滿水。增設(shè)排氣及放水管路的方案，如圖6所示。(2)方案2將調(diào)節(jié)閥位置放在真空除氧器低位，低于真空除氧器啟動時設(shè)備內(nèi)水位的高度，遙遙電動調(diào)節(jié)閥與主給水泵之間的管道充滿單相流體。將調(diào)節(jié)閥置于設(shè)備水位之下的方案，如圖7所示。(3)方案3將給水泵再循環(huán)接管從底部接入。由于出水和循環(huán)口均位于底部，可遙遙該管段內(nèi)充滿單向流體。泵與電動調(diào)節(jié)閥之間的再循環(huán)管路布置在液面之下，便于管路的布置，并可相應(yīng)調(diào)整真空除氧器給水泵再循環(huán)接管的安裝位置。給水泵再循環(huán)管接管下部接入的方案，如圖8所示。在真空除氧器啟動時，設(shè)備內(nèi)部給水已被加熱，設(shè)備內(nèi)部的溫度隨著水位高度的增加，溫度也隨之變化，由于密度不同，被加熱后溫度較高的水會分布在液面，溫度的流體會靠近設(shè)備的下部。給水泵再循環(huán)接管設(shè)置在設(shè)備上方的目的，是為了在啟動蒸汽加熱真空除氧器內(nèi)給水時，通過再循環(huán)管路將下部的冷水注入到真空除氧器上部的熱水層中，以加快設(shè)備內(nèi)流體的換熱速度，縮短設(shè)備的啟動時間。當(dāng)管路設(shè)置在設(shè)備下方時，下部的低溫水被再次打回至低溫水層中，沒有冷熱混合的熱交換過程，所以，該種布置方案會減緩啟動速率。在一般的工程設(shè)計(jì)方案中，均會采用上部接入的設(shè)計(jì)方案，不推薦采用方案3中下部接入的設(shè)計(jì)方案。選用方案1,需單遙遙設(shè)計(jì)排氣注水管路，對于自動控制啟停機(jī)的前期準(zhǔn)備工作，又增添了新要求，不便于機(jī)組的后期運(yùn)行，且改造時需增設(shè)管路，較為麻煩。若采用方案2,需對已有管路進(jìn)行改造，相比其它方案的工作量較小。因此，在今后的管路布置方案中，宜直接采用方案2的形式，即可避遙遙發(fā)生振動。在方案3中，對現(xiàn)場管路的改動較大，不僅要改變管道閥門的位置，還需在設(shè)備上增加接口，改造工作量大，且施工周期長。通過分析給水泵再循環(huán)管路振動的原因，發(fā)現(xiàn)了兩處可能產(chǎn)生振動的位置，后確定了是由于汽水錘引發(fā)的振動，并提出了3個解決方案。實(shí)施改進(jìn)方案時，將啟動水位整體下調(diào)，真空除氧器內(nèi)多孔管的開孔全部露出水面，并進(jìn)行了試驗(yàn)遙遙啟動，發(fā)現(xiàn)振動狀態(tài)并未改善，也驗(yàn)證了氣阻位置并不在位置1的設(shè)想，終電廠采用了方案2進(jìn)行改造。
