朱偉雄　潘小豐　劉明

摘? 要：針對某燃機電廠凝結(jié)水管道的振動問題，從機械系統(tǒng)的振動方程入手，通過增加管道剛度和減小激振力兩種方法，制定了相應(yīng)的處理方案，有效解決了該管道的振動故障，為同類型的管道振動治理問題提供了可供參考的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：凝結(jié)水管道;振動;S109FA燃機;固有頻率

中圖分類號：TM621.4? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）31-0120-02

Abstract： Aiming at the vibration problem of condensate pipeline in a gas turbine power plant， starting with the vibration equation of mechanical system， the corresponding treatment scheme is formulated by increasing the stiffness of pipeline and reducing the exciting force， which effectively solves the vibration fault of the pipeline and provides reference experience for the vibration control of the same type of pipeline.

Keywords： condensate pipe; vibration; S109FA Gas Turbine; natural frequency

引言

管道振動往往會引起一系列嚴重后果，如引起管道過度疲勞損傷，尤其會使得與其連接的小管道斷裂;管件自身損壞，焊縫出現(xiàn)裂紋;將振動傳遞到管道連接設(shè)備或者其他靜止設(shè)備上，危及熱力系統(tǒng)的安全運行;同時管道振動還容易導(dǎo)致管道上的測量儀表出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差甚至錯誤。凝結(jié)水管道由于其本身工作特點，經(jīng)常會出現(xiàn)較大的振動情況[1-2]，成為影響電廠安全運行的隱患之一。

某燃機一期擁有三套STAG 109FA單軸聯(lián)合循環(huán)機組，是區(qū)域內(nèi)重要統(tǒng)調(diào)電廠和主要保安電源，燃機運行方式為日開夜停，機組投軸封前凝結(jié)水系統(tǒng)由輔助凝泵切至凝泵運行。凝結(jié)水系統(tǒng)配備兩臺多級立式雙層殼體離心水泵，同時為了在日開夜停時節(jié)能，配備一臺輔助凝泵，每次凝泵啟動時，凝結(jié)水管道都會發(fā)生劇烈振動并伴隨一聲巨響，振動幅度最大達到0.3米左右。

1 管道振動控制方法

管道系統(tǒng)的振動一般是作用在管系上的周期性激振力引起的受迫振動，按照經(jīng)典的振動理論，一個機械系統(tǒng)的振動方程可以表述為[3]：

式中：[M]為質(zhì)量矩陣，[c]為阻尼矩陣，[K]為剛度矩陣，{x}為位移向量，{F（t）}為廣義載荷向量。

引起管道振動的原因主要有管內(nèi)介質(zhì)脈動、紊流引起的振動、設(shè)備缺陷引起的振動、水錘引起的振動等[4]。能夠找到管系振動的根本原因并順利解決為最優(yōu)方案，即從根本上消除或減小激振力{F}，從而消除或緩解管道振動。另外就是從管系自身結(jié)構(gòu)特性出發(fā)進行處理，由式（1）所示的振動方程可知，影響管系振動特性的就是系統(tǒng)質(zhì)量[M]、系統(tǒng)阻尼[c]以及系統(tǒng)剛度[K]?，F(xiàn)役電廠中管道型號、走向等都已確定，從新改變管道質(zhì)量分布的工作量較大、經(jīng)濟性較差，因此對于現(xiàn)役管道的減振一般不從質(zhì)量矩陣方面考慮，那么可供選擇的振動控制思路主要有以下兩個方面：

（1）改變系統(tǒng)的阻尼[c]。通過在適當位置加裝阻尼器的方式，耗散管系結(jié)構(gòu)振動的能量，降低振動量值，減少結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，從而達到緩解管道振動的目的。

（2）改變系統(tǒng)的剛度[K]。系統(tǒng)的固有頻率與振動特性息息相關(guān)，當外在激振頻率與系統(tǒng)固有頻率相接近時，容易產(chǎn)生共振。此外如果管系基頻過低（管系柔性過大），可能即使避開了激振頻率，受到激振力作用后仍會導(dǎo)致管系振動[5]。管道系統(tǒng)的固有頻率與其剛度特性有直接關(guān)系，一般剛度越大，其對應(yīng)的固有頻率越高，因而可通過加裝限位裝置的方式改變管系剛度來調(diào)節(jié)系統(tǒng)固有頻率，以避開激振頻率或提高管系基頻。

2 機組、管道信息

該燃機電廠為STAG 109FA單軸聯(lián)合循環(huán)機組，額定功率為390MW。凝結(jié)水管道系統(tǒng)布置如圖1所示。

凝泵啟動時，管道會發(fā)生劇烈振動并伴隨一聲巨響，而當其中一臺凝泵運行，啟備用凝泵時，并無強烈振動和巨響，因而可以推測為凝泵在空管啟動時，當管中空氣不能及時排出而被壓縮時才會加劇水流壓力的變化。從系統(tǒng)圖中可以看出，凝結(jié)水管路上容易發(fā)生空氣壓縮的主要是兩個旁路：軸加旁路和凝結(jié)水再循環(huán)旁路。而從管路布置的結(jié)構(gòu)上，由于凝結(jié)水管路低點如果不放水，凝結(jié)水系統(tǒng)即使不投用，軸加旁路也是充滿水的，那么剩下只有凝結(jié)水再循環(huán)旁路，如圖2所示。

3 凝結(jié)水管道剛度分析

凝結(jié)水管道布置詳見圖3，主要管道規(guī)格：Φ273×8.5;材質(zhì)：Q235;設(shè)計溫度：52℃;設(shè)計壓力3.4MPa。在此采用CAESAR II軟件對凝結(jié)水管道進行模態(tài)分析。計算得到該管道系統(tǒng)的前三階自振頻率僅分別為0.16Hz、0.42Hz、0.89Hz，顯示該管道的剛度很小，容易在外在激勵載荷作用下發(fā)生振動。

4 處理方案

根據(jù)管道振動控制方法，結(jié)合現(xiàn)場條件，準備從減小激振力和增加管道剛度兩方面入手。

4.1 增加管道剛度

管道系統(tǒng)的固有頻率與其剛度特性有直接關(guān)系，一般剛度越大，其對應(yīng)的固有頻率越高，因而可通過加裝限位裝置的方式改變管系剛度來調(diào)節(jié)系統(tǒng)固有頻率，以避開激振頻率或提高管系基頻。結(jié)合現(xiàn)場安裝條件，主要加裝方案如下：（1）在#110、#111滑動支架下側(cè)的立管上分別加裝XY 45°向抗振阻尼器和Y向抗振阻尼器;（2）在#112與#113剛性吊架之間、#116與#117剛性吊架之間、#119與#120剛性吊架之間的水平管道上加裝X向限位裝置;（3）在#118與#119剛性吊架之間的水平管道上，以及#120與#121吊架之間的豎直管道上分別加裝Y向限位裝置。

4.2 減小激振力

因該凝結(jié)水管道的激振力主要是由于啟泵過程中的空氣壓縮造成的，因而從避免空管啟動和及時排除管中空氣兩方面入手。

（1）避免空管啟動：開啟凝結(jié)水泵時，輔助凝泵出口電動閥應(yīng)全關(guān)且輔助凝泵停運，然后才能快速啟動凝結(jié)水泵，為保證輔助凝泵出口電動閥全關(guān)且輔助凝泵停運兩個條件均滿足，特制定了以下啟泵方案：關(guān)輔助凝泵出口電動閥→待凝結(jié)水母管壓力開始下降停輔助凝結(jié)水泵→輔助凝泵出口閥關(guān)死后立即啟動凝結(jié)水泵→再循環(huán)設(shè)置在70%→啟動成功。（2）及時排除管中空氣：凝泵運行時，開啟再循環(huán)旁路電動閥15%，再循環(huán)調(diào)節(jié)閥設(shè)置在50%，按正常順序啟動凝泵。不過由于凝結(jié)水再循環(huán)旁路電動閥閥門線性不好，閥門開度不好調(diào)節(jié)，容易造成凝結(jié)水流量低跳泵或者過流。為解決這一問題，特在凝結(jié)水再循環(huán)旁路電動閥前后加裝小口徑管道和旁路電動閥，用于排出空氣，避免凝泵啟動時的水錘現(xiàn)象，如圖4所示。

5 結(jié)束語

通過上述處理措施，有效降低了該凝結(jié)水管道在啟泵階段的振動幅度，消除了管道振動危害?？梢詾槠渌麊挝活愃魄闆r提供參考，提高機組設(shè)備的安全和可靠性。

參考文獻：

[1]金紅偉，李超，劉學(xué)，等.330MW直接空冷系統(tǒng)凝結(jié)水管道的振動分析[J].中國電力，2016，49（09）：99-103.

[2]李春偉，唐璐.600MW機組凝結(jié)水再循環(huán)管道振動原因分析及處理[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2012，30（1）：117-119.

[3]劉延柱，陳立群，陳文良.振動力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2011.

[4]趙星海，翟松，彭龍飛，等.火電廠管系振動原因分析及減振方法[J].鍋爐技術(shù)，2013，44（1）：67-71.

[5]唐永進.壓力管道應(yīng)力分析[M].北京：中國石化出版社，2009.