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探析锅炉汽水系统管道振动存在问题与治理

发表时间：2021/5/6 来源：《中国科技信息》2021年6月作者：彭飞

[导读] 通过阐述蒸汽管道的振动问题，了解到锅炉蒸汽管道振动的原因包括机械振动、风力振动以及其他的一些振动原因。根据造成蒸汽管道振动的原因，制定预防措施。同时要做好基础理论研究，针对存在问题，制定针对性措施，增加阻尼、改变管道刚性来应对外部刺激造成的振动问题。

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摘要：通过阐述蒸汽管道的振动问题，了解到锅炉蒸汽管道振动的原因包括机械振动、风力振动以及其他的一些振动原因。根据造成蒸汽管道振动的原因，制定预防措施。同时要做好基础理论研究，针对存在问题，制定针对性措施，增加阻尼、改变管道刚性来应对外部刺激造成的振动问题。
关键词：锅炉；汽水系统；管道振动；问题；治理
        引言
        在电厂实际运行中，锅炉汽水系统管道振动问题发生。振动的发生不仅仅危害员工的身心健康，也会影响电厂的正常运行，若振动剧烈，则无法正常工作，影响了发电厂的经济效益。随着城市规模的不断扩大，电力需求不断增加，各种大容量、高参数的发电机组相继投产，工艺参数变动范围增加，对于锅炉汽水管道要求更高，影响加剧，诱发更加剧烈的管道振荡。
        一、汽水系统管道振动原因分析
        管道振动的主要原因是对外部刺激的响应和管道中的流体流动紊乱造成的。常见的外部刺激有地面振动，风力以及其他外力。在汽水系统管道振动系统中，管道仅仅是介质的通道，想要实现系统功能，还需要和其他机械装备在一起共同作用。
        1.1机械振动引起的汽水管道振动
        管道始终与过程设备或机械连接。这些设备或机械中不可避免地会发生机械振动，并且机械振动会传递到所连接的管道系统结构并引起管道振动。大多数蒸汽水管连接到往复式压缩机或泵，这些设备都是周转性运动特点。空气压缩机或者各种阀泵由于安装、制造等问题，在一个周转运动中，会出现移动的波动，在管道上会产生与其频率相对应的强制激励，从而引起蒸汽管道的振动响应。
同时，由于蒸汽水管的固有频率通常较低，旋转机械的振动可能会引起蒸汽水管的共振。往复运动引起的各种不平衡惯性力和气缸压力的周期性变化是造成往复运动振动的原因。
        1.2流体脉动引起的管道振动
        汽水管道主要是实现高温热蒸汽的传输，因为往复泵或压缩机的吸入（液体）或排出（液体）是周期性的和间歇??性的，管道中的流体速度从快变慢，压力从高变低，形成不稳定的流体状态。当管道对次级脉动的激发响应频率与其自身的固有频率一致时，管道和脉冲将产生共振，这将损害管道的安全运行。
        在汽水管道传递过程中，存在两相传输，存在气态和液态两相，当管道的内壁位于气液两相流体的湍流层中时，将引起管道的振动。
        同时，对于发电厂的蒸汽管道，在输液过程中压降是不可避免的，压力的降低对输水管道的影响严重，主要体现在液体汽化现象上。随着压力的降低，当液化产生的气泡破裂时，会发生气蚀，从而引起管道的振动。两相流引起的管道振动非常复杂，没有规则可循。振动受操作条件，传热和传质，介质流动状态，管道直径和其他因素的影响。
        1.3锅炉汽水管道的设计不当
        在进行汽水管道设计时，必须要做好合理布局，降低施工成本，保证安装维护方便。为了确保蒸汽管道系统的正常运行并满足蒸汽管道的设计要求，应进行正确的应力分析。当管道中的流体压力或外部负载增加时，管道的主应力将相应增加。当管道的主应力超过管道的屈服极限时，管道将发生塑性变形继而造成管道系统振动。
        1.4室外管道中的风引起的振动
        在空气流中可能会出现不对称的涡流，这将激发管道系统的振动。当涡街频率接近管道的固有频率时，会发生大振幅振动。管道的响应是涡街频率与管道固有频率之比和涡街频率与结构阻尼之比，流体质量和管道质量的函数。弹性管产生的涡街频率受管的自振影响，自振随结构阻尼的减小和流体质量与管质量之比的增加而增加。但是，驱动力和响应都是随机函数。

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        1.5地面振动引起的振动是管道振动的原因
        除风荷载属于随机振动外，地面振动引起的管道振动也是随机振动。而且，地面振动载荷的变化没有规律可循，也没有现成的函数关系或经验公式来表达。地面振动载荷的变化完全是随机的，给分析计算带来了困难。与连接管线的设备相比，管线重量更轻，体积更小。当发生局部振动时，管道将随着地面振动而振动。但是，由于地面振动引起的管道本身的振动，管道损坏的可能性很小。地面振动中管道损坏的原因通常是由设备或管道支架的坍塌引起的。
        二、汽水系统管道防振措施
        管道减振措施管道减振的危害表现为：管道的疲劳损伤，特别是小口径管道的可能损伤；管道保温材料的损坏；仪表和导管的损坏以及控制系统的误操作；管道的摆动或振动和噪声会影响人体健康等。因此，管道设计者必须充分注意消除和控制管线的振动，特别是在设计中应采取必要有效的措施。
        2.1管道振动的不同原理制定针对性预防措施
        对于机械振动，一方面，可以采取机械设计和制造，安装，操作等措施来使机械振动最小；另一方面，可以在管道和机械设备接口之间安装柔性接头，从而使管道与机械振动隔离，并减少机械振动对管道的影响。对于流体脉动，可以在离往复运动机足够近的管道上设置具有足够容量的空腔缓冲器或过滤器缓冲器，以使相移和振幅减小并变平。对于输送液体的往复泵，蓄压器也可以像支管一样安装在出口主管上。另外，最简单的方法是减少气体压力的波动，以便将孔口插入压缩机的出口管中。对于气液两相流引起的振动，应在可能的情况下采取适当措施改变管道中流体的流动状态，避免质量流或塞流的两相流；产生两相流的节流减压阀应尽可能布置在设备的下一级别，以缩短两相流的管道长度。节流减压阀采用消能防气蚀的结构。对于高速流动引起的振动，应在可能的情况下适当降低阀门后方管道的流速。如果系统中有几组并联的减压阀，则几个减压阀的进气管应不对称，以免气体振荡。为了防止水锤，可以减小管道中的流体流量，或者可以设置蓄压缓冲器，或者可以设置安全装置以防止异常压力升高。为了减小流体振动在管道上的激振力，在管道布置中应尽量少用弯头，特别是对于曲率半径大，角度大的弯头，应尽量少用减速器。节流阀和减压阀前后应布置足够长的直管。
        2.2提高管道系统的刚度
        不仅可以增加管道系统的固有频率，使其成为激励频率的两倍或三倍，减少管道系统对激励源的振动响应，而且有效降低管道系统的振幅值。改善管道系统的结构刚度的最经济有效的方法是缩短管道并尽可能减少弯头（管道），从而提高管道本身的刚度。但是，管道的缩短通常受到连接设备的布局和工厂结构的限制。通过使用具有压力额定值的管道，还可以降低管状结构的柔韧性。但是，这将增加管道工程的投资，效果不是很明显。通常，仅在减压阀，两相流管和其他管的出口管部分中，为了提高抗流体侵蚀或气蚀能力，采取增加壁厚的措施。减小管道结构的柔性并增加管道的固有频率的另一种方法是改变管道支撑件和吊架的设置，这也是一种常见的方法。一方面，可以改变支架和衣架的类型。在管道布置中，应尽量靠近地面，管道可以以支撑的形式固定，阻尼器可以设置在管道的适当位置。另一方面，它可以减小提升点之间的距离。它可以提高管道的强度和刚度，还可以改变管道的固有频率。
        2.3增加管道结构的阻尼
        在蒸汽水管道上增加一个阻尼器，在振动中增加了阻尼该系统可有效防止共振；当频率远离谐振点时，增加阻尼对于减小幅度没有什么意义。用于阻止管道摆动，振动或冲击的控制装置的机制是提高管道系统的刚度或增加结构阻尼，或两者兼而有之。
        结束语
        通过阐述蒸汽管道的振动问题，了解到锅炉蒸汽管道振动的原因包括机械振动、风力振动以及其他的一些振动原因。根据造成蒸汽管道振动的原因，制定预防措施。同时要做好基础理论研究，针对存在问题，制定针对性措施，增加阻尼、改变管道刚性来应对外部刺激造成的振动问题。
同时还要从管道布局设计等角度去考虑管道蒸汽振动问题，提高系统运行的稳定性，提高电厂的经济效益。
参考文献
[1]樊钰炫, 卢佳宁, 高婧. 浅谈锅炉汽水系统管道振动存在问题与解决对策[J]. 中国战略新兴产业, 2019, 000(044):200.
[2]邱桂洲. 提高余热锅炉汽水系统安全可靠性方法探讨[J]. 科技创新与应用, 2020, No.307(15):151-152.