凝结水再循环管道振动原因及减振措施

郑昀,庄发成,余建中

摘 要：对比了福建省内某电厂一期、二期工程600 MW发电机组凝结水再循环管道的设计和布置，经过分析，得出了一期管道振动的原因。在二期设计中做出了一些改进，基本解决了凝结水再循环管道的振动问题。

关键词：火力发电厂；凝结水；再循环管道；振动

中图分类号：TM621.7+2 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）21-0006-02

汽水管道振动是影响火力发电厂安全生产的常见原因之一。强烈的管道振动会使气阀工况变差、控制仪表失灵，管道附件，尤其是管道的连接部位和管道与附件的连接部位等处发生松动和破裂，轻则发生泄漏，重则会由于破裂而引发污染或爆炸，造成严重的事故。而在众多汽水管道振动中，凝结水最小流量再循环管道因为接收容器工作背压低，汽蚀和闪蒸工况严重，出现管道振动的概率最大。在福建省某电厂一期工程试运行期间，在现场调试时发现，凝结水再循环管道出现了较大的振动，而二期管道却正常、平稳的运行。对比了一、二期工程，针对凝结水最小流量再循环管道振动的问题进行分析，提出了相应的设计整改和优化方案。

1 工程介绍

福建省内某火电厂规划容量为8×600 MW超临界燃煤机组，一、二期建设规模分别为2×600 MW火力发电机组，配套建设烟气脱硫设施。该电厂在系统中主要承担基本负荷，能满足电网调峰的运行要求。其中，锅炉为上海锅炉厂有限公司生产的超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次再热、四角切圆燃烧、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构Π型、露天布置燃煤锅炉；汽轮机为上海汽轮机有限公司生产的超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机；发电机为上海汽轮发电机有限公司生产的水氢氢冷却、隐极式同步发电机。

2 系统介绍

电厂一期、二期凝结水系统的设置都是按汽轮机在VWO工况时可能出现的凝汽量，加上进入凝汽器的正常疏水量和正常补水量设计的。系统采用100%容量的中压凝结水精处理装置，系统中仅设凝结水泵，不设凝结水升压泵，系统比较简单（凝结水泵进水压力为5.8 kPa，流量为1 800 m3/h，扬程为306 m，一备一用）。凝汽器热井中的凝结水由凝结水泵升压后，经过中压凝结水精处理装置、轴封加热器和四级低压加热器后进入除氧器。其中，系统设有最小流量再循环管路，由自轴封冷却器出口的凝结水管道引出，经最小流量再循环阀回到凝汽器，保证在启动和低负荷期间凝结水泵通过最小流量运行，防止凝结水泵汽蚀，并且有足够的凝结水流过轴封冷却器，维持轴封冷却器的微真空。最小流量再循环管道按凝结水泵、轴封冷却器允许的最小流量中的较大值设计，最小流量再循环管道上还设有调节阀，以便控制不同工况下的再循环流量。该工程的最小流量为420 m3/h。

3 一期振动原因分析

一期凝结水系统再循环管道如图1所示。

凝结水再循环一期现场管道布置如图2所示。

图1 一期凝结水系统再循环管道示意图

由图1可知，凝结水最小流量再循环管道是由轴封加热器出口的凝结水管道引出一分支管道，经过最小流量调节阀接入凝汽器（凝结水母管设计压力为3.986 MPa，汽封冷却器至8号低压加热器的设计温度为50 ℃），其阀后凝汽器工作背压低（平均背压为5.8 kPa，当夏季工况水温为33 ℃时，背压为11.8 kPa），调节阀前后的压差大，如果调节阀（允许压差和调节阀形式）选型不当，当介质到达阀芯时，在阀芯和阀座的节流作用下，缩流断面处的流速是最大的。由于流速的增加，产生了较大的内部紊流和能量消耗，大大降低了压力。如果缩流断面处的压力降到液体对应温度下的饱和蒸汽压力以下时，介质中就会有蒸汽和溶解在水中的气体逸出，形成蒸汽与气体混合的小汽泡，压力越小，汽泡越多。当介质扩展进更大的区域时，其速度会下降，压力增加，阀后压力恢复到高于液体的饱和蒸汽压力，汽泡在高压作用下会迅速凝结而破裂，在汽泡破裂的瞬间，会产生局部空穴，而高压水会以极高的速度流向这些原汽泡占有的空间，形成一个冲击力，并出现噪声和振动，导致阀芯被气蚀，阀门被破坏。

图2 凝结水再循环一期现场管道示意图

由图2可知，凝结水再循环管道经气动调节阀后进入凝汽器的管路比较长，弯头比较多，管系布置比较复杂，能量损失增大，压力不断降低，管道下游的压力低于液体的饱和蒸汽压力，在下游的管道中会继续产生汽泡，存在液汽两相混合的情况。由于汽泡中的气体和蒸汽来不及在瞬间全部溶解和凝结，在冲击力作用下又分成小汽泡，再被高压水（按照《火力发电厂汽水管道设计技术规定》，凝结水流速应为2.0～3.5 m/s，如果管径选择太小，会加快管内介质的流速）压缩、凝结，如此

反复，产生了一种类似于砂石流过管道的噪声和振动。

由于以上两个原因导致电厂一期凝结水再循环管道在现场运行时发生较大的振动，所以，在二期设计时，对以上问题改进了设计。

4 二期的设计优化改进方案

二期凝结水系统再循环管道系统如图3所示。

图3 二期凝结水系统再循环管道示意图

凝结水再循环二期现场管道布置如图4所示。

图4 凝结水再循环二期现场管道示意图

在二期设计中，要注意以下几方面：①正确选择再循环管道调节阀的类型，选择压差合适、具有多级减压装置的调节阀（比如多级笼罩式、迷宫式、多级活塞式等调节阀），通过多级压降，使介质的压力在整个调压过程中始终处于介质的汽化压力之上。在靠近凝汽器的位置安装节流孔板（可以使调节阀后至节流孔板间的管道压力升高，适当地减小调节阀前后的压差），避免出现汽蚀现象，消除管道的振动。②改变现场的管道布置，重新调整管道走向，将阀门组尽可能地靠近疏水扩容器，使调节阀后的管道短且简捷，如图4所示，减少介质在流动过程中造成的能量损失，降低阀后出现汽液两相流的概率。③放大调节阀后的管径，由原来的Ф273×8.5变为Ф325×10，如图3、图4所示，将管径放大一档，这样可以有效地降低阀后流体的流速。同时，将靠近疏水扩容器的支吊架设计成固定支架，减少再循环调节阀后两相流引起的冲击和振动，消除调节阀后管道的振动。

对以上几方面改良后，在电厂二期工程的运行过程中，基本解决了凝结水再循环管道的振动问题，管道运行平稳，满足了电厂安全生产的要求。

5 结束语

管道系统振动的原因十分复杂，影响因素比较多，通过对电厂一、二期工程的比较，简要分析了凝结水最小流量再循环管道振动问题的成因，总结了工程现场中的一些实战经验，为将来的工程设计提供借鉴和参考。

〔编辑：白洁〕

Cause Condensate Recirculation Piping Vibration and Damping Measures

Zheng Yun， Zhuang Facheng， Yu Jianzhong

Abstract： Comparison of a power plant in Fujian Province in the first phase， the second phase of 600 MW turbine condensate recirculation piping design and layout， after analysis， figured out why the pipe vibration of a period. In two designs made some improvements， basically solved the condensate recirculation piping vibration problems.

Key words： thermal power plant； condensate； recirculation piping； vibration

摘 要：对比了福建省内某电厂一期、二期工程600 MW发电机组凝结水再循环管道的设计和布置，经过分析，得出了一期管道振动的原因。在二期设计中做出了一些改进，基本解决了凝结水再循环管道的振动问题。

关键词：火力发电厂；凝结水；再循环管道；振动

中图分类号：TM621.7+2 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）21-0006-02

汽水管道振动是影响火力发电厂安全生产的常见原因之一。强烈的管道振动会使气阀工况变差、控制仪表失灵，管道附件，尤其是管道的连接部位和管道与附件的连接部位等处发生松动和破裂，轻则发生泄漏，重则会由于破裂而引发污染或爆炸，造成严重的事故。而在众多汽水管道振动中，凝结水最小流量再循环管道因为接收容器工作背压低，汽蚀和闪蒸工况严重，出现管道振动的概率最大。在福建省某电厂一期工程试运行期间，在现场调试时发现，凝结水再循环管道出现了较大的振动，而二期管道却正常、平稳的运行。对比了一、二期工程，针对凝结水最小流量再循环管道振动的问题进行分析，提出了相应的设计整改和优化方案。

1 工程介绍

福建省内某火电厂规划容量为8×600 MW超临界燃煤机组，一、二期建设规模分别为2×600 MW火力发电机组，配套建设烟气脱硫设施。该电厂在系统中主要承担基本负荷，能满足电网调峰的运行要求。其中，锅炉为上海锅炉厂有限公司生产的超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次再热、四角切圆燃烧、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构Π型、露天布置燃煤锅炉；汽轮机为上海汽轮机有限公司生产的超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机；发电机为上海汽轮发电机有限公司生产的水氢氢冷却、隐极式同步发电机。

2 系统介绍

电厂一期、二期凝结水系统的设置都是按汽轮机在VWO工况时可能出现的凝汽量，加上进入凝汽器的正常疏水量和正常补水量设计的。系统采用100%容量的中压凝结水精处理装置，系统中仅设凝结水泵，不设凝结水升压泵，系统比较简单（凝结水泵进水压力为5.8 kPa，流量为1 800 m3/h，扬程为306 m，一备一用）。凝汽器热井中的凝结水由凝结水泵升压后，经过中压凝结水精处理装置、轴封加热器和四级低压加热器后进入除氧器。其中，系统设有最小流量再循环管路，由自轴封冷却器出口的凝结水管道引出，经最小流量再循环阀回到凝汽器，保证在启动和低负荷期间凝结水泵通过最小流量运行，防止凝结水泵汽蚀，并且有足够的凝结水流过轴封冷却器，维持轴封冷却器的微真空。最小流量再循环管道按凝结水泵、轴封冷却器允许的最小流量中的较大值设计，最小流量再循环管道上还设有调节阀，以便控制不同工况下的再循环流量。该工程的最小流量为420 m3/h。

3 一期振动原因分析

一期凝结水系统再循环管道如图1所示。

凝结水再循环一期现场管道布置如图2所示。

图1 一期凝结水系统再循环管道示意图

由图1可知，凝结水最小流量再循环管道是由轴封加热器出口的凝结水管道引出一分支管道，经过最小流量调节阀接入凝汽器（凝结水母管设计压力为3.986 MPa，汽封冷却器至8号低压加热器的设计温度为50 ℃），其阀后凝汽器工作背压低（平均背压为5.8 kPa，当夏季工况水温为33 ℃时，背压为11.8 kPa），调节阀前后的压差大，如果调节阀（允许压差和调节阀形式）选型不当，当介质到达阀芯时，在阀芯和阀座的节流作用下，缩流断面处的流速是最大的。由于流速的增加，产生了较大的内部紊流和能量消耗，大大降低了压力。如果缩流断面处的压力降到液体对应温度下的饱和蒸汽压力以下时，介质中就会有蒸汽和溶解在水中的气体逸出，形成蒸汽与气体混合的小汽泡，压力越小，汽泡越多。当介质扩展进更大的区域时，其速度会下降，压力增加，阀后压力恢复到高于液体的饱和蒸汽压力，汽泡在高压作用下会迅速凝结而破裂，在汽泡破裂的瞬间，会产生局部空穴，而高压水会以极高的速度流向这些原汽泡占有的空间，形成一个冲击力，并出现噪声和振动，导致阀芯被气蚀，阀门被破坏。

图2 凝结水再循环一期现场管道示意图

由图2可知，凝结水再循环管道经气动调节阀后进入凝汽器的管路比较长，弯头比较多，管系布置比较复杂，能量损失增大，压力不断降低，管道下游的压力低于液体的饱和蒸汽压力，在下游的管道中会继续产生汽泡，存在液汽两相混合的情况。由于汽泡中的气体和蒸汽来不及在瞬间全部溶解和凝结，在冲击力作用下又分成小汽泡，再被高压水（按照《火力发电厂汽水管道设计技术规定》，凝结水流速应为2.0～3.5 m/s，如果管径选择太小，会加快管内介质的流速）压缩、凝结，如此

反复，产生了一种类似于砂石流过管道的噪声和振动。

由于以上两个原因导致电厂一期凝结水再循环管道在现场运行时发生较大的振动，所以，在二期设计时，对以上问题改进了设计。

4 二期的设计优化改进方案

二期凝结水系统再循环管道系统如图3所示。

图3 二期凝结水系统再循环管道示意图

凝结水再循环二期现场管道布置如图4所示。

图4 凝结水再循环二期现场管道示意图

在二期设计中，要注意以下几方面：①正确选择再循环管道调节阀的类型，选择压差合适、具有多级减压装置的调节阀（比如多级笼罩式、迷宫式、多级活塞式等调节阀），通过多级压降，使介质的压力在整个调压过程中始终处于介质的汽化压力之上。在靠近凝汽器的位置安装节流孔板（可以使调节阀后至节流孔板间的管道压力升高，适当地减小调节阀前后的压差），避免出现汽蚀现象，消除管道的振动。②改变现场的管道布置，重新调整管道走向，将阀门组尽可能地靠近疏水扩容器，使调节阀后的管道短且简捷，如图4所示，减少介质在流动过程中造成的能量损失，降低阀后出现汽液两相流的概率。③放大调节阀后的管径，由原来的Ф273×8.5变为Ф325×10，如图3、图4所示，将管径放大一档，这样可以有效地降低阀后流体的流速。同时，将靠近疏水扩容器的支吊架设计成固定支架，减少再循环调节阀后两相流引起的冲击和振动，消除调节阀后管道的振动。

对以上几方面改良后，在电厂二期工程的运行过程中，基本解决了凝结水再循环管道的振动问题，管道运行平稳，满足了电厂安全生产的要求。

5 结束语

管道系统振动的原因十分复杂，影响因素比较多，通过对电厂一、二期工程的比较，简要分析了凝结水最小流量再循环管道振动问题的成因，总结了工程现场中的一些实战经验，为将来的工程设计提供借鉴和参考。

〔编辑：白洁〕

Cause Condensate Recirculation Piping Vibration and Damping Measures

Zheng Yun， Zhuang Facheng， Yu Jianzhong

Abstract： Comparison of a power plant in Fujian Province in the first phase， the second phase of 600 MW turbine condensate recirculation piping design and layout， after analysis， figured out why the pipe vibration of a period. In two designs made some improvements， basically solved the condensate recirculation piping vibration problems.

Key words： thermal power plant； condensate； recirculation piping； vibration

摘 要：对比了福建省内某电厂一期、二期工程600 MW发电机组凝结水再循环管道的设计和布置，经过分析，得出了一期管道振动的原因。在二期设计中做出了一些改进，基本解决了凝结水再循环管道的振动问题。

关键词：火力发电厂；凝结水；再循环管道；振动

中图分类号：TM621.7+2 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）21-0006-02

汽水管道振动是影响火力发电厂安全生产的常见原因之一。强烈的管道振动会使气阀工况变差、控制仪表失灵，管道附件，尤其是管道的连接部位和管道与附件的连接部位等处发生松动和破裂，轻则发生泄漏，重则会由于破裂而引发污染或爆炸，造成严重的事故。而在众多汽水管道振动中，凝结水最小流量再循环管道因为接收容器工作背压低，汽蚀和闪蒸工况严重，出现管道振动的概率最大。在福建省某电厂一期工程试运行期间，在现场调试时发现，凝结水再循环管道出现了较大的振动，而二期管道却正常、平稳的运行。对比了一、二期工程，针对凝结水最小流量再循环管道振动的问题进行分析，提出了相应的设计整改和优化方案。

1 工程介绍

福建省内某火电厂规划容量为8×600 MW超临界燃煤机组，一、二期建设规模分别为2×600 MW火力发电机组，配套建设烟气脱硫设施。该电厂在系统中主要承担基本负荷，能满足电网调峰的运行要求。其中，锅炉为上海锅炉厂有限公司生产的超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次再热、四角切圆燃烧、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构Π型、露天布置燃煤锅炉；汽轮机为上海汽轮机有限公司生产的超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机；发电机为上海汽轮发电机有限公司生产的水氢氢冷却、隐极式同步发电机。

2 系统介绍

电厂一期、二期凝结水系统的设置都是按汽轮机在VWO工况时可能出现的凝汽量，加上进入凝汽器的正常疏水量和正常补水量设计的。系统采用100%容量的中压凝结水精处理装置，系统中仅设凝结水泵，不设凝结水升压泵，系统比较简单（凝结水泵进水压力为5.8 kPa，流量为1 800 m3/h，扬程为306 m，一备一用）。凝汽器热井中的凝结水由凝结水泵升压后，经过中压凝结水精处理装置、轴封加热器和四级低压加热器后进入除氧器。其中，系统设有最小流量再循环管路，由自轴封冷却器出口的凝结水管道引出，经最小流量再循环阀回到凝汽器，保证在启动和低负荷期间凝结水泵通过最小流量运行，防止凝结水泵汽蚀，并且有足够的凝结水流过轴封冷却器，维持轴封冷却器的微真空。最小流量再循环管道按凝结水泵、轴封冷却器允许的最小流量中的较大值设计，最小流量再循环管道上还设有调节阀，以便控制不同工况下的再循环流量。该工程的最小流量为420 m3/h。

3 一期振动原因分析

一期凝结水系统再循环管道如图1所示。

凝结水再循环一期现场管道布置如图2所示。

图1 一期凝结水系统再循环管道示意图

由图1可知，凝结水最小流量再循环管道是由轴封加热器出口的凝结水管道引出一分支管道，经过最小流量调节阀接入凝汽器（凝结水母管设计压力为3.986 MPa，汽封冷却器至8号低压加热器的设计温度为50 ℃），其阀后凝汽器工作背压低（平均背压为5.8 kPa，当夏季工况水温为33 ℃时，背压为11.8 kPa），调节阀前后的压差大，如果调节阀（允许压差和调节阀形式）选型不当，当介质到达阀芯时，在阀芯和阀座的节流作用下，缩流断面处的流速是最大的。由于流速的增加，产生了较大的内部紊流和能量消耗，大大降低了压力。如果缩流断面处的压力降到液体对应温度下的饱和蒸汽压力以下时，介质中就会有蒸汽和溶解在水中的气体逸出，形成蒸汽与气体混合的小汽泡，压力越小，汽泡越多。当介质扩展进更大的区域时，其速度会下降，压力增加，阀后压力恢复到高于液体的饱和蒸汽压力，汽泡在高压作用下会迅速凝结而破裂，在汽泡破裂的瞬间，会产生局部空穴，而高压水会以极高的速度流向这些原汽泡占有的空间，形成一个冲击力，并出现噪声和振动，导致阀芯被气蚀，阀门被破坏。

图2 凝结水再循环一期现场管道示意图

由图2可知，凝结水再循环管道经气动调节阀后进入凝汽器的管路比较长，弯头比较多，管系布置比较复杂，能量损失增大，压力不断降低，管道下游的压力低于液体的饱和蒸汽压力，在下游的管道中会继续产生汽泡，存在液汽两相混合的情况。由于汽泡中的气体和蒸汽来不及在瞬间全部溶解和凝结，在冲击力作用下又分成小汽泡，再被高压水（按照《火力发电厂汽水管道设计技术规定》，凝结水流速应为2.0～3.5 m/s，如果管径选择太小，会加快管内介质的流速）压缩、凝结，如此

反复，产生了一种类似于砂石流过管道的噪声和振动。

由于以上两个原因导致电厂一期凝结水再循环管道在现场运行时发生较大的振动，所以，在二期设计时，对以上问题改进了设计。

4 二期的设计优化改进方案

二期凝结水系统再循环管道系统如图3所示。

图3 二期凝结水系统再循环管道示意图

凝结水再循环二期现场管道布置如图4所示。

图4 凝结水再循环二期现场管道示意图

在二期设计中，要注意以下几方面：①正确选择再循环管道调节阀的类型，选择压差合适、具有多级减压装置的调节阀（比如多级笼罩式、迷宫式、多级活塞式等调节阀），通过多级压降，使介质的压力在整个调压过程中始终处于介质的汽化压力之上。在靠近凝汽器的位置安装节流孔板（可以使调节阀后至节流孔板间的管道压力升高，适当地减小调节阀前后的压差），避免出现汽蚀现象，消除管道的振动。②改变现场的管道布置，重新调整管道走向，将阀门组尽可能地靠近疏水扩容器，使调节阀后的管道短且简捷，如图4所示，减少介质在流动过程中造成的能量损失，降低阀后出现汽液两相流的概率。③放大调节阀后的管径，由原来的Ф273×8.5变为Ф325×10，如图3、图4所示，将管径放大一档，这样可以有效地降低阀后流体的流速。同时，将靠近疏水扩容器的支吊架设计成固定支架，减少再循环调节阀后两相流引起的冲击和振动，消除调节阀后管道的振动。

对以上几方面改良后，在电厂二期工程的运行过程中，基本解决了凝结水再循环管道的振动问题，管道运行平稳，满足了电厂安全生产的要求。

5 结束语

管道系统振动的原因十分复杂，影响因素比较多，通过对电厂一、二期工程的比较，简要分析了凝结水最小流量再循环管道振动问题的成因，总结了工程现场中的一些实战经验，为将来的工程设计提供借鉴和参考。

〔编辑：白洁〕

Cause Condensate Recirculation Piping Vibration and Damping Measures

Zheng Yun， Zhuang Facheng， Yu Jianzhong

Abstract： Comparison of a power plant in Fujian Province in the first phase， the second phase of 600 MW turbine condensate recirculation piping design and layout， after analysis， figured out why the pipe vibration of a period. In two designs made some improvements， basically solved the condensate recirculation piping vibration problems.

Key words： thermal power plant； condensate； recirculation piping； vibration