机组再热器进口联箱疏水管共振分析及防范措施

曹晓航 张赵斐 魏俊岭 赵瑞

华能国际电力江苏能源开发有限公司南通电厂 江苏南通 226003

摘要：华能南通电厂3号机组再热器进口联箱疏水管发生共振，导致嗡鸣声与高频振动，检查发现再热器进口蒸汽母管道中存在高速汽流，汽流的流动导致刹根阀上方的蒸汽产生波动，激振力与阀门固有振动频率相等或相近，导致共振产生。

关键词：再热器冷段；共振；激振力

一、概述

华能南通电厂二期再热器冷段蒸汽管道材质为SA106GRB，管径914.4mm，壁厚24mm，设计压力3.8MPa，设计温度331℃，再热器进口联箱疏水管管道材质为碳钢，管径48mm，壁厚6mm，疏水管从#3炉10层、再热器冷段蒸汽管道距炉墙约1米处引出，接至扩容器。#3炉再热器进口联箱疏水刹根阀位于再热器进口母管下方约3米处。阀门下方管道垂直段安装有两座导向支架，用于防止管道左右位移，不影响管道上下膨胀。

图1 结构示意图

二、缺陷描述

2021年12月24日晚，此时锅炉负荷200MW至215MW，检修人员到达现场检查发现，现场存在嗡鸣声，声音由再热器进口疏水管发出，触摸再热器进口联箱疏水刹根阀有明显的高频振动感，判断为共振现象。因导向支架对管道振动存在抑制作用，管道振幅小，肉眼不可见。

同时检查发现振动从疏水管引出管开始，至7层仍有明显振感，其中在阀门处振动最大。

三、共振产生原因分析

共振是指一物理系统在特定频率和波长下，比其他频率和波长以更大的振幅做振动的情形；这些特定频率和波长称之为共振频率和共振波长。

管道振动是一种常见的现象，严重的振动会加速裂纹扩展，威胁系统的安全运行，根据管道振动理论，管道、支架和相连设备构成了一个结构系统，在有激振力的情况下，这个系统就会产生振动。当激振力与管道固有振动频率相等或相接近时，就会产生共振现象。

导致管道振级较高的原因有很多，如：

1.支撑结构的共振；

2.管道的共振；

3.部件（阀门、冷却器等）的内部故障；

4.异常激励力（脉动、机械激励等）；

5.无效的支撑结构。

要对可能存在共振的管道进行外观检查，重点关注小口径管连接 (SBC) 和仪表管，这是疲劳失效的主要部位。另外，也需要评估主管道的支撑结构是否起到有效支撑作用。在检查过程中，若发现支撑结构、SBC或仪表管存在风险，需要对它们进行振动测试。

现场可采取的整改措施有：

1.增加新的支撑；

2.调整现有支撑；

3.控制不平衡和/或设备的安装；

4.确认缓冲垫的效率等。

现场检查发现刹根阀未打开，拆除刹根阀下方出口保温后，发现阀门下方管道没有温度，刹根阀关闭严密，汽流无法通过，不是疏水管中气流流动对管道产生的影响。

检查导向支架无振动，不会影响管道共振。

再热器进口蒸汽母管道中存在高速汽流，汽流的流动导致刹根阀上方的蒸汽产生波动，激振力与阀门固有振动频率相等或相近，导致共振产生，属于流致振动。

四、处理方法

对于流致振动，需要：

1.减小或消除流体激振。

1.1优化管道布置，尽量减少脉动的产生。

1.2设置导流板，减小或消除湍流。

2.控制管道结构固有频率：使管道结构固有频率与流体激振频率错开，避免管道发生机械共振。尽量减少弯管、异径管等产生振动激振力的元件。

3.控制流体声学响应。

3.1尽可能避开低阶声学共振。

3.2设置脉动缓冲装置或提高脉动缓冲效果。

具体到消除再热器进口联箱疏水管道共振的方法有改变激振力频率、增加系统刚度。

1.改变激振力频率

通过打开刹根阀，管道的形状、空间改变，由母管汽流流动带来的激振力发生改变；

同时阀门开启导致刹根阀的位置、形状发生改变，阀门固有振动频率随之改变。

2.增加管道刚度

可以通过增设支吊架增强管道刚度，限制管道振动，同时改变阀门固有振动频率，达到消除共振的效果。

打开阀门后共振消失，无需采取增加管道刚度的方法。

五、防范措施

1、再热器进口联箱疏水刹根阀是常开阀门。鉴于锅炉负荷200MW至215MW时，关闭该刹根阀会导致再热器进口母管汽流激振力变化，使管道产生共振，建议运行人员在相应锅炉负荷时确保阀门打开。

2、再热器进口联箱疏水刹根阀打开的情况下，如果锅炉负荷改变，仍可能导致共振，建议增设刚性支吊架，增加管道刚度以防止共振。

参考文献

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{4}阴峰1王明生2田雨森1. 某600MW机组锅炉高温再热器泄漏原因的分析.电力系统及自动化,2018-12.