热网加热器抽汽母管振动治理

热网加热器抽汽母管振动治理
摘要：热网加热器是供热发电机组的主要辅助设备之一，其高温高压以及大
流量的工作环境，导致在冬季供暖期间会出现管道的剧烈振动，严重威胁安全生产。

本文总结了某电厂对热网抽汽母管振动大的原因分析，以及相应的处理措施。

关键词：热网加热器；振动；热网水；中排压力
引言：热网加热器主要功能是利用汽轮机的抽汽或从锅炉引来的蒸汽(加热
介质)来加热热水供应系统中的循环水以满足供热用户要求，现如今中国大部分
供暖区均采用这种热电联产的方式，提高能源利用效率。

某电厂也采用了此种供
热方式，共有纯凝、抽凝、背压三种，运行模式的切换由低压缸进汽调阀（以下
简称MECV）和热网抽汽调阀（以下简称ELCV）共同控制。

其中以抽凝情况下，
热网抽汽母管振动最大，容易引发地基开裂、控制油路脱落、阀门误动等生产安
全问题，为此该厂进行了一系列的设备上以及控制上的优化。

1.
概述
热网换热系统大致由两部分组成，一部分为热网水侧即对外供热部分，另一
部分为热网汽侧即发电厂汽机部分，两部分通过热网加热器进行隔离换热，最终
供热量的多少反应在热网加热器疏水的流量以及温度上。

蒸汽轮机纯凝模式运行，ELCV全关，MECV自动控制中排压力；抽凝模式运行，ELCV开度取决于供热量大小，人为进行干预，而MECV依然投入自动控制中排压力；背压模式运行，MECV
全关，ELCV自动，中排压力仅由ELCV控制，此时SSS离合器脱开，低压缸退出
运行。

1.
振动原因分析
通过查找资料得到，引起管道振动原因有以下五种情况，并通过实验逐一进行了排查。

1.
1.
管道内汽液两相流
当蒸汽管道内疏水不畅时，蒸汽管道内的工质流动时，会出现汽液两相流。

液体几乎不可压缩，而汽体有很强的可压缩性，因此管道内出现疏水不畅时，由于汽体的压缩升压及释压膨胀的运动，会引起工质流速、压力反复急剧变化的水锤现象，造成管道振动。

我厂在热网抽汽母管上、中、下三个部分，分别加装了若干温度测点，作为管道内部疏水凭据。

并通过日常经验，因汽液反复变化引起的管道振动，其声音一般为金属敲击声，短暂、清脆、有力且反复多次出现，与现场实际不符。

1.
1.
流体脉动变化
流体发生脉动变化，主要反应在主蒸汽压力上的压力、流量上面，我厂可能影响的因素有两处。

一是锅炉的不稳定燃烧，二是汽机负荷的波动。

锅炉的不稳定燃烧可由凝泵、给水泵等高速运行的动力机械运行中功率不均匀的变化导致，也可由燃烧不稳定造成主蒸汽压力和流量的脉动。

而汽轮机组负荷的波动引起管网压力的波动。

实际调查发现，由于我厂是两台燃机、两台余热锅炉和一台汽机的二拖一布置，区别于燃煤锅炉一次调频作用于汽机主蒸汽调阀上，汽机实际运行中负荷是随着燃机的负荷被动变动。

且无论是高压主汽调阀还是中压主汽调阀均有一套压力控制系统，调阀的动作是首先保证母管中的蒸汽压力不剧烈波动。

所以由于多方面因素影响，也可排除流体的脉动引发的热网抽汽母管振动。

1.
1.
阀门截流
在阀门开关时，阀门处的工质流动状态变化是最剧烈的，尤其是在快速开关阀门时这种剧烈变化的流动状态，常常通过振动表现出来。

1.
1.
管道支撑问题
管道支吊架存在问题，如支承刚度不够、支承位置不合适、支吊架卡涩、弹簧损坏等。

1.
1.
管道走向不合理或弯头过多
我厂采用的为母管布置的策略，再由母管分别供到各热网加热器，系统结构简单有效，无明显弯头过多等问题，可暂时不予考虑。

如图一、图二所示。

图一汽轮机至热网抽汽系统图
图二热网蒸汽走向图
1.
振动的相关处理措施
由上述分析可知，的原因为由于ELCV开度过小，导致阀门前后压差大，工
质流动状态变化剧烈，从而引起热网母管振动。

针对这一原因，我厂进行了若干
探索。

1.
1.
热网抽汽母管中增加限流孔板
参考国内相关问题的处理办法和相关资料，我们选择在加热器蒸汽管道ELCV 后、加热器入口前加装限流孔板，来解决管道的振动。

加装节流孔板后，使得ELCV后蒸汽的压力场稳定。

并且由于节流孔板自身
的节流作用，使得在热网加热器内部压力不变的前提下，提高ELCV后蒸汽压力，间接的开大ELCV开度。

1.
1.
于热网循环水侧增加旁路
由图2可知，我厂共有四台热网加热器，所以热网循环水由回水母管来后，
经热网循环泵加压分别送入四台热网加热器中进行换热。

当热调对热量进行限制时，往往会造成水侧流量大，汽侧流量小的现象。

此种情况下，换热效率较高，
热网加热器内部会变为负压，对热网抽汽母管中的蒸汽形成一种抽吸的作用，使
得ELCV前后压差劣化，加剧热网抽汽母管的振动。

我厂在检修期间对热网系统进行了修改，在四台热网加热器水侧部分加入第
五根管路（如图3），管路由热网循环泵出口母管至热网加热器水侧出口母管，
其中热网循环水不经热网加热器换热。

第五根管路相当于热网加热器旁路门，并
且起到对被加热的热网循环水减温的作用，当热调规定大流量低温度的时候，可
以适当增大旁路门开度。

图三热网水改造后示意图
受热网换热影响，热网水温度往往会出现较大惯性，即便减小ELCV开度，
热网水温度也无法及时降至目标值，从而出现调节过度的现象。

加入旁路阀后，
可以使热网水温度迅速降至目标值，且由于热网循环水流量不变，相当于变相的
减少了热网水去加热器换热的部分，降低了换热效率，从而使得加热器内部压力
升高，减小了ELCV前后压差。

且另一用途是，在运行中可增加旁路门开度，减
少换热量，为达到目标值，需人为开大ELCV，使其前后压差降低。

1.
1.
中排压力修改
中排压力高保护一是为防止低压缸前后压差过大导致低压缸变形，二是中压
缸压降变低导致中压缸做功能力下降，从而使中压蒸汽焓降减小，间接引起中排
温度升高；
中排压力低保护一是为了防止中压缸压差过大，导致中压缸末级叶片过载。

二是低压缸末级叶片的保护，汽机抽凝模式中，低压缸进汽压力降低，导致低压
缸进汽量减少，使低压缸末级叶片无足够蒸汽冷却，鼓风效应明显叶片温度升高。

中排原控制曲线及保护定值、报警值如下：
表一中排压力控制曲线
此次为解决ELCV前后压差高，导致蒸汽流速过快，造成管道振动大隐患，将中排压力控制值整体向下修改。

以背压工况为例，背压情况下中压缸排气压力由ELCV参与控制，降低控制目标值，相同负荷下ELCV开度增加，压降降低。

本次修改共分9次，为防止控制变化过大导致MECV动作幅度过高，对系统造成冲击，第一次控制值降低0.01，此时MECV开度由10.6%开至12.4%，开大近2%，
所以接下来每次只降低0.005。

中压缸入口压力为0.64时对应排气压力为0.049，降低0.05则变为负数，所以人为规定只降至0.019。

详情见下表：
表二中排压力修改过程
定值修改过程中，MECV开度共增大3%，汽机负荷增加3MW，供热量减少
55Gj/h，低压缸末级导流环金属温度降低10℃，高中压轴向位移降至-0.5mm。

经
供热期试验比较，相同供热量情况下，通过调整旁路门开度和中排压力，MECV与
ELCV开度均大幅增加，有效的减小了阀门前后压差，从一定程度上减缓了振动隐患。

1.
结语
本文对本厂的有关热网振动的处理过程均做了详细的描述，从热网抽汽阀门本体的改造到系统上的变化，再到控制逻辑的修改，从三方面分析处理热网母管振动大的问题。

有效地控制了蒸汽的压降速度，降低了加热器入口蒸汽流速，优化了该段管道的汽流流场，可以较大程度地降低管道的振动和噪声，达到了改造的目的。

[1] 陈卓如.王洪杰.刘全忠.蔡伟华.工程流体力学（第3版）.高等教育出版社
[2] 郭霄.高革超.庄海涛.热网加热器进汽管高频振动原因分析及治理[J].2012
[3] 许锐锋.赵俊英.张东海.600MW机组供热改造系统的设计与控制[J].2015
刘槟赫，男，本科，工程学士学位，助理工程师，电厂运行。