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摘 要：国内某电厂2台600MW亚临界空冷机组，自投运以来，春、秋季空冷凝结水下降管振动一直是困扰机组安全运行的一大难题。长期强烈的冲击振动，曾使焊口开裂，固定件松脱。在不断总结和摸索基础上，检修人员通过在凝结水下降管上加装稳流罩，使这一问题得到彻底解决。
关键词：空冷机组；管道；消振；治理；稳流
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）26-0127-01
1 空冷系统概述
国内某电厂2×600MW亚临界空冷机组，采用斯比克冷却技术有限公司生产的SRC型单排管机械通风直接空冷系统，单机换热面积1605780㎡，共8列7排56台风机，每列设两个逆流单元。空冷系统自投运以来，春、秋季空冷凝结水下降管冲击振动频发，长期的强烈冲击振动，曾使固定件松脱、焊口撕裂、真空泄漏。
2 空冷凝结水系统结构
空冷系统每一列凝结水下联箱在逆流排处设两个排出口，蒸气凝结成水后由排出口流入该列凝结水支管；1-4列和5-8列的各凝结水支管分别在紧贴空冷岛下部汇成两段横向母管，每段母管接下行的“S”型下降管，在距地面2.5m高度处转为水平管道进入汽轮机排汽装置，凝结水靠自然重力回流至热井。空冷岛下部两横向凝结水母管在相邻的端部设有向上的弯曲“Ω”型联络管，以保持两段背压均衡。因该地区不属于高寒地区，初设时，室外空冷凝结水系统的保温做到距地面13m的高度。发生冲击振动的部位在“S”型下降管转弯处。在负压区内的高温凝结水迅速汽化，产生大量汽泡，汽泡受压破裂，水流质点四周的冲击频率达每分钟2～3万次，在这极微小的面积上压力常达几十至百个MPa，极大的机械破坏力撞击管道，使管道表面损坏，同时产生刺耳的噪音和强烈的振动。
3 空冷凝结水下降管振动现象
（1）通过数据分析得出结论，凝结水下降管冲击振动多发生在环境温度在-5～20℃左右，集中表现在春秋两季。
（2）现场测量凝结水下降管段的振颤数据得知，振幅最大达1.0cm，水冲击产生剧烈响声在15m处监测达135dB以上。
（3）经长时间就地监测，发现机组运行时间越长，凝结水下降管振动程度越大。
（4）有保温的凝结水下降管振动幅度和频率比全裸下的下降管振动幅度、频率小。
4 振动机理分析
空冷凝结水在流动过程中引发的冲击振动，实质上是由于管道内存在的汽水两相流现象引起的，凝结水中掺杂的气泡汇聚、变大、受力、破裂造成，原理等同于离心式水泵的汽蚀。具体成因可以概括为以下几点：
（1）同一列不同区域的蒸汽分配不均匀。冷却过程中，客观条件的差别造成翅片管脏污程度不同，这就造成了各区域的凝结水温度不同。
（2）同一列的不同区域真空存在差别。逆流列真空最低，从该列其他单元流来凝结的饱和水和部分带有汽泡的不饱和水，流至背压较低的逆流列时就会形成过饱和水，产生蒸汽泡，蒸汽泡来不及释放就在该列流入凝结水母管，从各列来的带有汽泡的凝结水在母管中汇合，向下流入下降管，在下降管中蒸汽泡的向下的流速低于凝结水的流速，于是原来的汽泡就会和流来的小气泡汇合使汽泡变大，流速又变慢，下降过程中逐渐变大；转弯过程中汽泡会受挤压，越向下流，凝结水的压力相对越高，在这三重作用下，大气泡破裂，形成强烈水冲击“水锤”现象。
（3）管道内流体处于饱和状态。在流动过程中汽液两相转化，形成汽水两相流动，饱和的凝结水在管道内流动过程中汽态液态交替转化。当流速交替变化的凝结水流过下降管的弯头时会对管道形成交替的冲击作用力，导致管道延作用力方向振动。
综上原因形成的气泡达到一定的数量，在流经下降管过程中，水流的速度大于气泡下降速度，气泡会形成拥挤、汇聚由小变大，管道内流体处于饱和状态。在流动过程中汽液两相转化，形成汽水两相流动，饱和的凝结水在管道内流动过程中汽态液态交替转化，当流经下降管弯道处，流速放缓，气泡周围的压力升高，加上凝结水在下降中温度一直是降低的。因此在此处使大气泡急剧破裂形成水冲击，导致凝结水下降管产生剧烈声响及振动。
5 处理办法
通过分析管道振动的原因、查看现场管道布置、结合运行人员平时在调整空冷风机运行方式消除凝结水下降管道振动时的经验总结。计划在空冷岛凝结水下降母管标高33m、25m处管道内分别加装一组稳流罩，通过消除流体对管道的弯头处冲击，缓减下降管的振动。稳流罩加装要求不影响流量，又可起到扰流，防止汽泡聚集变大，把大气泡打碎成小气泡，不再发生强烈的水冲击。以下是稳流罩制作的具体技术要求、材料清单及安装方法：
（1）稳流罩用厚25mm碳钢板制作，宽度空冷凝结水下降水管道振动部位80mm；在？准660mm凝结水管道上开孔，要求开孔孔径？准200mm，将稳流罩在管道内焊接好后恢复好凝结水管道。
（2）稳流罩与凝结水下降管道轴向保持垂直，保证稳流效果达到最佳。
（3）严格按照焊接规程进行施工，管道安装完毕后所有焊缝做100%无损探伤。
（4）凝结水下降管道开孔采用机械方式，不允许采用火焊方式，开孔后要将管内杂物清理干净。
（5）管道切割、打坡口全部采用机械方式，不允许采用火焊方式。
（6）所有管道焊口采用V型坡口及氩弧焊打底、电焊盖面，稳流罩与凝结水下降管道连接焊口的焊丝型号为J50、？准2.5mm，焊条型号为J507、？准3.2mm。
（7）稳流罩与凝结水下降管道焊接后焊口进行100%探伤。
（8）稳流罩安装时，先将焊接完成的稳流罩运送至空冷岛45m平台走廊就位点上方，空冷岛下方在需要安装稳流罩的凝结水下降管弯头处围绕凝结水下降管搭设3m×3m×33m的脚手架，并铺设完毕脚手板备用。在稳流罩就位点上方走廊上开孔，使用手拉葫芦等吊具将稳流罩缓慢放至需要更换的凝结水管段处，采取机械切割方法将凝结水下降管切除，將稳流罩安装就位，并保证就位后稳流罩与凝结水下降管管道轴线保证垂直，然后严格按照焊接规程进行施焊，焊接完成后进行无损探伤，从而保证焊接质量。
（9）稳流罩安装完并检验合格后，在凝结水下降管道加装保温及铁皮外护，保温层厚度不小于100mm。
6 结 论
经过对空冷换热管束凝结水下水管道振动的分析治理，振动问题完全得到了控制，稳流装置多层扰流，使已产生的气泡不再聚集变大，从根本上解决了空冷系统凝结水下降管冲击振动问题，此处理方法对管道存在的类似振动有良好的借鉴意义。
参考文献
[1]《火力发电厂汽水管道设计技术规定》（DL/5054-1996）.
[2]SPX.600MW亚临界机组直接空冷凝汽器设计说明书[P].2006.
收稿日期：2018-8-4
关键词：空冷机组；管道；消振；治理；稳流
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）26-0127-01
1 空冷系统概述
国内某电厂2×600MW亚临界空冷机组，采用斯比克冷却技术有限公司生产的SRC型单排管机械通风直接空冷系统，单机换热面积1605780㎡，共8列7排56台风机，每列设两个逆流单元。空冷系统自投运以来，春、秋季空冷凝结水下降管冲击振动频发，长期的强烈冲击振动，曾使固定件松脱、焊口撕裂、真空泄漏。
2 空冷凝结水系统结构
空冷系统每一列凝结水下联箱在逆流排处设两个排出口，蒸气凝结成水后由排出口流入该列凝结水支管；1-4列和5-8列的各凝结水支管分别在紧贴空冷岛下部汇成两段横向母管，每段母管接下行的“S”型下降管，在距地面2.5m高度处转为水平管道进入汽轮机排汽装置，凝结水靠自然重力回流至热井。空冷岛下部两横向凝结水母管在相邻的端部设有向上的弯曲“Ω”型联络管，以保持两段背压均衡。因该地区不属于高寒地区，初设时，室外空冷凝结水系统的保温做到距地面13m的高度。发生冲击振动的部位在“S”型下降管转弯处。在负压区内的高温凝结水迅速汽化，产生大量汽泡，汽泡受压破裂，水流质点四周的冲击频率达每分钟2～3万次，在这极微小的面积上压力常达几十至百个MPa，极大的机械破坏力撞击管道，使管道表面损坏，同时产生刺耳的噪音和强烈的振动。
3 空冷凝结水下降管振动现象
（1）通过数据分析得出结论，凝结水下降管冲击振动多发生在环境温度在-5～20℃左右，集中表现在春秋两季。
（2）现场测量凝结水下降管段的振颤数据得知，振幅最大达1.0cm，水冲击产生剧烈响声在15m处监测达135dB以上。
（3）经长时间就地监测，发现机组运行时间越长，凝结水下降管振动程度越大。
（4）有保温的凝结水下降管振动幅度和频率比全裸下的下降管振动幅度、频率小。
4 振动机理分析
空冷凝结水在流动过程中引发的冲击振动，实质上是由于管道内存在的汽水两相流现象引起的，凝结水中掺杂的气泡汇聚、变大、受力、破裂造成，原理等同于离心式水泵的汽蚀。具体成因可以概括为以下几点：
（1）同一列不同区域的蒸汽分配不均匀。冷却过程中，客观条件的差别造成翅片管脏污程度不同，这就造成了各区域的凝结水温度不同。
（2）同一列的不同区域真空存在差别。逆流列真空最低，从该列其他单元流来凝结的饱和水和部分带有汽泡的不饱和水，流至背压较低的逆流列时就会形成过饱和水，产生蒸汽泡，蒸汽泡来不及释放就在该列流入凝结水母管，从各列来的带有汽泡的凝结水在母管中汇合，向下流入下降管，在下降管中蒸汽泡的向下的流速低于凝结水的流速，于是原来的汽泡就会和流来的小气泡汇合使汽泡变大，流速又变慢，下降过程中逐渐变大；转弯过程中汽泡会受挤压，越向下流，凝结水的压力相对越高，在这三重作用下，大气泡破裂，形成强烈水冲击“水锤”现象。
（3）管道内流体处于饱和状态。在流动过程中汽液两相转化，形成汽水两相流动，饱和的凝结水在管道内流动过程中汽态液态交替转化。当流速交替变化的凝结水流过下降管的弯头时会对管道形成交替的冲击作用力，导致管道延作用力方向振动。
综上原因形成的气泡达到一定的数量，在流经下降管过程中，水流的速度大于气泡下降速度，气泡会形成拥挤、汇聚由小变大，管道内流体处于饱和状态。在流动过程中汽液两相转化，形成汽水两相流动，饱和的凝结水在管道内流动过程中汽态液态交替转化，当流经下降管弯道处，流速放缓，气泡周围的压力升高，加上凝结水在下降中温度一直是降低的。因此在此处使大气泡急剧破裂形成水冲击，导致凝结水下降管产生剧烈声响及振动。
5 处理办法
通过分析管道振动的原因、查看现场管道布置、结合运行人员平时在调整空冷风机运行方式消除凝结水下降管道振动时的经验总结。计划在空冷岛凝结水下降母管标高33m、25m处管道内分别加装一组稳流罩，通过消除流体对管道的弯头处冲击，缓减下降管的振动。稳流罩加装要求不影响流量，又可起到扰流，防止汽泡聚集变大，把大气泡打碎成小气泡，不再发生强烈的水冲击。以下是稳流罩制作的具体技术要求、材料清单及安装方法：
（1）稳流罩用厚25mm碳钢板制作，宽度空冷凝结水下降水管道振动部位80mm；在？准660mm凝结水管道上开孔，要求开孔孔径？准200mm，将稳流罩在管道内焊接好后恢复好凝结水管道。
（2）稳流罩与凝结水下降管道轴向保持垂直，保证稳流效果达到最佳。
（3）严格按照焊接规程进行施工，管道安装完毕后所有焊缝做100%无损探伤。
（4）凝结水下降管道开孔采用机械方式，不允许采用火焊方式，开孔后要将管内杂物清理干净。
（5）管道切割、打坡口全部采用机械方式，不允许采用火焊方式。
（6）所有管道焊口采用V型坡口及氩弧焊打底、电焊盖面，稳流罩与凝结水下降管道连接焊口的焊丝型号为J50、？准2.5mm，焊条型号为J507、？准3.2mm。
（7）稳流罩与凝结水下降管道焊接后焊口进行100%探伤。
（8）稳流罩安装时，先将焊接完成的稳流罩运送至空冷岛45m平台走廊就位点上方，空冷岛下方在需要安装稳流罩的凝结水下降管弯头处围绕凝结水下降管搭设3m×3m×33m的脚手架，并铺设完毕脚手板备用。在稳流罩就位点上方走廊上开孔，使用手拉葫芦等吊具将稳流罩缓慢放至需要更换的凝结水管段处，采取机械切割方法将凝结水下降管切除，將稳流罩安装就位，并保证就位后稳流罩与凝结水下降管管道轴线保证垂直，然后严格按照焊接规程进行施焊，焊接完成后进行无损探伤，从而保证焊接质量。
（9）稳流罩安装完并检验合格后，在凝结水下降管道加装保温及铁皮外护，保温层厚度不小于100mm。
6 结 论
经过对空冷换热管束凝结水下水管道振动的分析治理，振动问题完全得到了控制，稳流装置多层扰流，使已产生的气泡不再聚集变大，从根本上解决了空冷系统凝结水下降管冲击振动问题，此处理方法对管道存在的类似振动有良好的借鉴意义。
参考文献
[1]《火力发电厂汽水管道设计技术规定》（DL/5054-1996）.
[2]SPX.600MW亚临界机组直接空冷凝汽器设计说明书[P].2006.
收稿日期：2018-8-4