凝结水加热器振动原因分析及技术改造

郭镇洪

广州大学城华电新能源有限公司，广东 广州 511400

摘要：凝结水加热器管屏是锅炉系统中的重要组成部分,为除氧器提供参数匹配的除盐水，以保证锅炉系统的正常运行。我司机组的凝结水加热器管屏经常在启停机及低负荷运行时出现明显振动现象，严重威胁着机组的运行安全，为些我公司组织相关技术人员，通过对管道振动原因分析，找出引起振动的根源，经过综合论证，提出了对凝结水加热器系统进行相关的技术改造措施，彻底消除了振动现象，保证机组安全经济运行，为克服、消除电厂热力系统振动事故提供宝贵经验。

关键词：凝结水加热器　　再循环管　　水冲击

前言

我公司一期采用2*78MW燃气—蒸汽联合循环机组，并匹配两台锅炉（分别为#1号、#3号）。余热锅炉形式为：卧式烟道、立式螺旋翅片管自然循环水管锅炉。锅炉架构采用一体化架构结构。系统主要包括锅炉入口烟道、锅炉本体、主烟道、相关的烟道附件等。传热元件（螺旋翅片管）全部布置于卧式烟道内，与本锅炉相匹配的燃机轮机为上排气，进口烟道根据流场模化实验结果进行设计，确保流场的均匀和最小压损。

锅炉内部管屏受热面依次为：余热锅炉的中压过热器、中压蒸发器、中压省煤器Ⅱ、低压过热器、低压蒸发器、中压省煤器Ⅰ、除氧蒸发器、凝结水加热器、热水锅炉。其蒸发管束均为双集箱立式。螺旋翅片管受热面管组，螺旋翅片管与集箱焊接成受热面管组，管束错列布置。

凝结水加热器管屏布置在烟道中比较靠后的位置，利用烟气的余热进一步加热，这样既为除氧器提供高热量的除盐水减轻除氧器除氧压力，提高经济效益，同时又降低排烟温度，节能环保，因此是锅炉系统中的重要组成部分。

振动事故与原因分析

１振动事故

随着机组启停次数的增加，我们发现凝结水加热器管屏在锅炉升温升压中及低负荷（燃汽轮机在４０ＭＷ、蒸汽轮机在１０ＭＷ以下）运行时都出现振动现象，严重影响机组安全运行。＃３炉的凝结水管屏上联箱挡板也曾因此发生脱落事故，导致一部分凝结水没经过凝结水加热器加热直接进入除氧器，造成除氧器上水温度达不到设计温度、除氧效果不佳，炉水溶解氧不合格，在降低了机组运行效率的同时严重威胁设备安全。我司组织相关小组针对凝结水加热管屏振动进行了全面分析,从而找出管屏发生振动的根源。

２振动的原因分析

振动的产生和维持要消耗能量。我们从振动所需要能量的来源入手，分析可能使蒸汽锅炉给水系统产生振动的原因主要有共振和水冲击。

２.１共振

水是经过各种管道构件（阀门、弯头、节流件、挡板等）和管道连接件时由流体的碰撞使管道产生的振动频率与管道的固有频率耦合会引起共振。这种现象对管道支吊架危害非常大，容易使拉断或脱落。

２.２水冲击

水冲击由于蒸汽或水突然产生冲击力，使承载其流动的管道或容器发生声响和震动的一种现象。这现象除了对管道支吊架危害外，主要对管道内的阀门、节流件、挡板形成冲击力，损害性极大。一般水冲击是工质在管道流动不畅的情况下产生的，其产生原因有：

（１）凝结水泵运转不正常，发生喘振或汽蚀，管道内压力或温度剧烈变化以及供水量过大和止回阀开闭失灵，会引起给水的压力波动和水的惯性冲击。

（２）管道上阀门开关频繁或者阀门开度过小导致汽化。

3. 管道系统内存在蒸汽或空气，导致凝结水流动不畅。　　

4. 凝结水流量、流速不稳定，有扰动现象。

根据上述引起振动原因分析，结合＃３炉的凝结水管屏上联箱挡板脱落事件中可知，挡板脱落的原因很大可能是受到水的强烈冲击力所致的，因此水冲击是引起凝结水加热器管屏振动的重大根源。

综合论证及技术改造

凝结水加热管屏是由于水冲击而发生振动的，于是我公司相关技术人员再就水冲击产生原因，到现场进行进一步排查：

1. 检查凝结水泵在机组启停时及低负荷运行时均无异常声响、出口压力表并无太幅度来回摆动，证明凝结水泵运转正常，没发生喘振或汽蚀；

２、管道上门阀虽多，但并没有频繁操作；凝结水泵设有再循管，也没有阀门开度过小导致汽化的现象。

３、在凝结水加热器的设计上，两台锅炉凝结水加热器管屏进、出口都没有装设排气门，虽然管屏底部装设有排水阀，但无法将管屏中的气排除，因此在机组启动时、停运时，管道系统内有可能因存在蒸汽或空气，导致凝结水流动不畅而发生水冲击。

４、机组在低负荷运行时，给水流量低，流速缓慢，因而给水在非沸腾式凝结水加热管屏中容易蒸发而产生蒸气，蒸气遇到冷的给水进入时部分蒸汽的热量立即被给水迅速吸收而成为冷凝水,并使该部分蒸汽原占有的空间形成局部真空状态，给水在此处高速流动而不断地形成冲击，从而容易引发水冲击。

根据上述的论证，技术小组深入研究，经部门领导同意，决定对凝结水加热器系统进行具有针对性极强的技术改造，其详细改造情况如图所示：

1、在凝结水加热器管屏进、出口分别加装排气门，其作用是启动时及时把管内残余空气及时排出去，防止因管内存有空气，导致管道不畅，引起管道发生水冲击事故。

2、在凝结水加热器管屏进、出口之间增加一路再循环管，并在再循环管设置一台４ＫＷ的水泵及相关的阀门，其作用是启动时除氧器暂时不用给水时或低负荷时，通过再循环管使凝结水不断打循环，保证足够流量流过加热管屏，防止凝结水在非沸腾式加热管屏内汽化，同时使加热管屏得到足够冷却，保证加热管屏安全，延长其运行寿命。

3、将原来的凝结水上水至加热器管屏上联箱的一道导水管改为三道导水管，从而消除制约凝结水流通的瓶颈，减小流体阻力，从而管路更加畅顺，防止管路因过流量堵塞而发生水冲击。

4、凝结水加热器出口管加装温度、压力表，在运行中可以通过凝结水加热器出口水温来监视加热器工作情况，防患于未然，在保证凝结水加热器正常运行的同时，保证其进入除氧器的凝结水水温达到设计温度，而改善除氧器的除氧效果。

5、在新增的再循环管中设置三个压力表，通过压力表可以监视再循环泵运行状况，保证再循环管正常运行。

凝结水加热器改造后，我公司技术人员对凝结水加热器在我运行工况做了不同的测量，通过与改造前测量结果比较，说明振动现象已彻底成功消除，测式结果如表所示：

改造前与改造成振动测量比较

	锅炉启动	锅炉停运	低负荷	稳定运行
改造前振动情况	频繁	频繁	频繁	不振
改造后振动情况	不振	不振	不振	不振

结语

　　　蒸汽锅炉在运行过程中，加热器管屏和热力管道（包括汽、水管道）振动是热力发电厂普遍存在的现象，如得不到及时处理，会影响锅炉的安全运行，因此越来越受到电力各界专家人士的重视，在研究振动原理方面也日趋成熟，提出克服、消除管道振动的做法、措施也多种多样。我公司领导和相关技术人员在这次凝结水加热器管屏振动事故中，没有生搬硬套，而是根据机组实际情况，从原理上分析振动的原因，有针对性地逐项排除，找出振动事故根源，经过深入研究，提出有效技改方案，从而彻底消除凝结水加热器管屏的振动，杜绝事故源头，保障机组经济安全运行。

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