冷凝水管道振动异响原因简析及改进措施

罗成林

摘 要：由于設计缺陷，合格冷凝水管道投入运行时存在水击，出现振动异响。针对故障进行了相关试验和查阅相关文献资料，列出几种可能导致故障的原因，并分析研究，提出改进措施，加以实施，解决问题，确保安全生产。

关键词：合格冷凝水管道；水击；故障原因分析；改进措施

公司合格冷凝水（温度100°C，压力0.4MPa）也称为凝结水，综合管网有三条冷凝水输送管道，属于压力管道，一条为硫酸水处理车间306尾气吸收工序解析塔的凝结水输送管道（管径DN100，机械泵），另一条是成品车间204净液工序的板式换热器的凝结水输送管道（管径DN80，机械泵），第三条是加压除铁车间311液体SO2制备工序的换热器凝结水输送管道（管径DN125，汽动泵），这三条管道在H轴线交汇，合为一条管道（管径DN150），流向沸腾焙烧车间519余热发电站除氧器设备，经过相关处理后作为余热锅炉补水使用。

一.存在问题

合格冷凝水管道投入运行时，在H轴线三条管道交汇附近出现振动异响比较明显，特别是天气寒冷时振动异响更严重，针对异常现象，热工保障组组织做了如下的试验。

试验内容及结果

针对试验结果，热工保障组进行原因分析，判定为加压除铁车间冷凝水管道异常造成的总管振动和异响，于是采取加压除铁车间冷凝水管道汇入总管前端加装三通及截止阀的改造，断开汇入总管，单独敷设一根DN125管道到预热发电站除氧器，投入运行后，总管振动异响大大减弱了。

运行大约6个月左右后，发现加压除铁车间冷凝水输送管道整条的滑动支座滑板偏移严重，甚至有三块滑板从滑座上偏离并下坠悬空，以及管道在三通附近存在振动异响明显。净液工序合格冷凝水输送管道整条的滑动支座滑板偏移严重，固定支座与管道焊接部位拉裂 ，旋转补偿器附近存在振动异响明显。

二.故障原因分析

1.蒸汽凝结水在管道内流动过程中，因压降而产生二次蒸汽，形成汽液混相流，当流速增加或改变流向时会引起水击，导致振动和异响。可推断为加压除铁车间冷凝水管道内凝结水流到三通处，流向为急转向引起水击，出现振动异响。

2.在密闭管路系统（包括泵）内，由于流体流量急剧变化而引起较大的压力波动并造成振动的现象称为水锤，又称"水击"。其瞬间压力可大大超过正常压力，并经常产生破坏性影响。可推断为净液工序冷凝水管道内流量小的凝结水与硫酸水处理车间冷凝水管道（DN100）内流量更大的凝结水交汇（管径DN80变径为管径DN150），流量急剧变化引起压力波动而发生水锤或水击，出现振动异响。

可初步断定在旋转补偿器附近为真正的两条冷凝水管道的凝结水交汇点。另外也可以从滑动支座的滑板移动方向判定出交汇点，滑板往水流方向移动。

3.蒸汽在各用汽设备中放出汽化潜热后，变为近乎同温同压下的饱和凝结水，所具有的热量可达蒸汽全热量的20% ～30%，且压力、温度越高，凝结水具有的热量就越多，占蒸汽总热量的比例也就越大。可以看出，三条管道的凝结水水源的压力、温度是不同的，不同参数的凝结水汇聚在一起容易引起水击打现象。

4. 加压除铁车间凝结水液位控制汽动泵自动启停，储罐很小，启停频繁，为频繁间断性输送冷凝水，管道内部可能产生气阻，而管网中段管道最高点无自动排气阀，无法及时排出二次蒸汽，气液相混流容易引起水击。

净液工序及硫酸水处理车间的凝结水储槽容量也有限，机械泵也受液位控制，也会出现间断性输送冷凝水，但间断频率相对较低。

5.硫酸水处理车间冷凝水管道与净液工序冷凝水管道交汇为垂直连接，容易引起压降而产生二次蒸汽，形成汽液混相流，易引起水击。

6.各车间冷凝水流量、压力及温度变更，对管道管径能否满足使用要求产生影响。也可能是产生水击的因素。

三、改进措施

1.为了防止或减轻水击作用，可采取相应的消除措施，如延缓管路或泵的开闭时间、安装水锤消除器等。延缓管路可尝试将三通改为长半径弯头，减小阻力。延缓泵开闭时间，即将汽动泵改为机械泵，但需要增加储槽和管道、电气设施等，增加成本，必要时可改造。为了排除由上往下敷设管道中热水汽化产生的气体，保证管内水通畅，应在管道最高处安装自动排气阀，在三条冷凝水管道上安装排气阀的位置参见下图：

2.为减少压降，凝结水支管应在凝结水总管上部顺介质流向呈45°斜接。硫酸水处理车间与净液工序冷凝水管道交汇连接改为45°斜接可减少压降。

3.在计算核对凝结水管道管径时，应充分估计汽体的混相率，并应留有充分的余量，同时，在布置凝结水管道时应防止产生水击。

4. DN100及DN80管道用DN20，2MPa，200℃排气阀，DN150及DN125管道用DN25，2MPa，200℃排气阀，建议选用304不锈钢材质自动排气阀，各2只。

5.单独分开敷设管道，可以避免不同压力、流量、温度的冷凝水交汇，而产生流体流量急剧变化而引起水锤，但需要增加成本，必要时可以考虑此方案。

四、总结

根据故障原因分析结果及改进措施，通过公司热工保障组组织现场确认改进方案，按照确定的顺序，逐一排除故障原因，以最小的投入解决问题，避免或最大程度减小水击现象，确保合格冷凝水管道正常运行，也同时避免或减小管道振动异响影响管网桁架的稳固性、牢靠性，确保公司安全生产。