汽水管道振动原因分析及治理

汽水管道振动原因分析及治理

摘要:水击是压力管道中一种非恒定流，水击引起的压强升高，可达管道正常工作压强的几倍，甚至几十倍。这种大幅度的压强波动，使管壁材料及管道上的设备及附件承受很大的压力，压力的反复变化，会引起管道和设备的振动，严重时会造成管道、管道附件及设备的损坏，对电厂的安全稳定生产构成严重威胁。根据水击发生的原因及其表面现象，及时采取适当技术措施，避免水击的发生，保证电厂汽水管道的安全运行。

关键词:汽水管道；水击；危害；防范处理

在热力发电厂生产中，经常会发生汽水管道的水击现象，如处理不当，管道的水击轻者增大了管道的流动阻力，重者损坏管道及设备，甚至危及人身安全，因此对汽水管道水击现象的防范处理对于保证热力发电厂的安全运行具有重要意义。

1. 水击现象及其危害

水击是压力管道中一种非恒定流，当管道中的阀门突然关闭时，管内流动的水会发生水击现象，管内流动的蒸汽会发生汽锤现象，即水流速度或汽流速度发生突变使管内的水压或汽压先突升形成压缩波，后突降形成压强波，并重复下去，一直衰减至稳定的压力。水击引起的压强升高，可达管道正常工作压强的几倍，甚至几十倍。这种大幅度的压强波动，使管壁材料及管道上的设备及附件承受很大的压力，并伴随着管壁的扩张和收缩，引起管道强烈振动；同时，高频交变压力作用在管壁上，加之强烈的振动和流体的冲击，使金属表面打击出许多麻点，如果此时管道系统存在缺陷，则有可能对管系或设备造成破坏，导致事故的发生，严重时会危及调试人员或运行维护人员的生命安全。

1.1 蒸汽管道的水击现象及特征。在热力发电厂中水击现象最容易在蒸汽管道中发生，主要集中在主再热蒸汽管道、抽汽管道、汽封管道、高低加疏水管道等，蒸汽管道产生水击通常是以下几种状态比较普遍：

（1）蒸汽管道由冷态备用投入运行，因进汽阀门开启过快或过大导致管道暖管不充分，疏水不彻底，致使送出的蒸汽部分凝结成水，体积突然缩小，造成局部真空，周围介质将高速向此处冲击，发出巨大的音响和振动，从而产生水击。

（2）汽轮机、锅炉负荷增加速度过快，或者锅炉汽包发生满水、汽水共腾等事故，使蒸汽带水进入管道，发生汽水冲击，造成管道振动。

（3）运行的蒸汽管道停运后相应疏水没有开启或开度不足，在相关联的进汽阀门未关闭严密情况下，漏入停运管道内的蒸汽逐渐冷却为水并积聚在管道中，在一定时间后，管道发生水击，产生剧烈的振动和刺耳的声响。蒸汽管道发生上列水击现象时，主要的特征一是管道系统发生振动，管道本体、支吊架及管道穿墙处均有振动，水击越强烈振动也越强烈；二是管道内发出刺耳的声响，如

投运时暖管或疏水不足的管道多阶段性地发出“咚咚”的声响；蒸汽带水进入管道则多发出类似警报声的连续啸叫声；停运后的蒸汽管道如前述发生水击时多阶段性的发出如金属敲击般的尖锐声响；三是蒸汽带水进入管道时，在管道的法兰结合处易发生冒汽现象，严重时法兰垫被冲坏致使法兰泄露。

1.2 给水管道水击现象及特征。热力发电厂主要的给水管道发生水击现象，主要集中在中低压给水管道、循环水管道、凝结水管道等，给水管道产生的水击现象主要有以下几种：

（1）管道系统内存有蒸汽或空气，而在出口阀全开时启动水泵或启动水泵没有关闭出口阀时，因管道内流体流速突然变化易发生水击现象。

（2）水泵运行不正常（如汽蚀、叶轮损坏等），或水泵出口阀工作失效（如阀芯的损坏脱落、出口逆止阀摇摆不稳定），及管道内流体流量不稳、波动大等情况时比较容易引起管道内给水压力波动和惯性冲击。

（3）管道内因加热或漏入蒸汽等因素造成水温度剧烈变化时易发生水击。

（4）阀门关闭或开启时动作过快，管道内流体的流动速度突然受阻或增大，管道内压力易发生反复急剧的变化，造成对管道的强烈冲击。给水管道的水冲击一般较少发生，破坏性也不大。发生上列水击现象时，主要的特征是管道与支吊架容易发生“嘣嘣”的振动，发出尖锐的金属敲击声，对管道阀门、焊口、支吊架亦会造成不同程度的损坏。

2. 蒸汽管道水击的防范处理

发生过多次水击的管道，常出现支吊架松脱、焊口泄漏、法兰垫被冲坏等故障，因此，在热力管道设计规程中明确规定，对于不经常流通的管道死端，以及管段的低位点，均应考虑设置疏水阀、疏水管。虽然从管道的设计安装时就充分考虑防范发生管道水击的可能，但实际运行中，仍比较容易遇到前述的各种水击现象，所以在实际遇到时要采取相应的处理处理方法及防范措施：

（1）在系统投运时，要控制进汽阀开度保证适当的暖管速度，暖管前要缓慢开启疏水阀，及时排除冷凝水，避免汽水共存而发生水击；若疏水管堵塞，则需要用手锤反复敲打，保证通畅。

（2）机组负荷频繁大幅度变动时，要关小给水或开启汽包放水阀，注意锅炉汽包水位的调节，防止锅炉汽包水位过高，同时要及时开启相应蒸汽管道疏水，提高冷凝管操作压力，避免二次汽化。

（3）蒸汽管道停运后，要关闭严密进汽阀门，及时缓慢开启管道疏水阀。

（4）采用疏水母管系统时，要防止其它管道的蒸汽通过疏水管道串入停运的蒸汽管道内，避免母管带压，发生水击现象。

3. 给水管道水击的防范处理

在热力发电厂各类给水管道设计中，已经采取相当多的技术措施避免水击的发生，如尽量缩短管道长度或保证阀门一定的启闭时间；如增大管道直径以降低管中流速，从而使水击发生时速度的变化量降低，相应地减小水击压力的数值；如在管道上装设安全阀及抗水击的专用阀门，当管中压力升高值超过允许数值时，安全阀开启泄压，使管中压力不致有过大的升高等一系列防范措施。但实际运行中给水管道发生水击时，也要采取相应的处理处理方法及防范措施：

（1）凝结水管道和中低压给水管道系统冷备用启动或运行中停止时特别注意系统开启和关闭阀门要缓慢调节，避免压力骤然下降，管道内饱和水汽化引起冲击。

（2）管道内留有蒸汽或空气而发生水击时，可暂将水泵停运，同时开启管道上的排空阀，打开低点疏水阀。如果管道系统的放空阀没有空气排出，排水阀无积水排出时，关闭排水阀，对水泵出口阀前管道系统进行注水，在注水期间观察放空阀的空气排出情况。当排空阀排出的水流趋于稳定时，关闭放空阀，重新启动水泵运行；水泵出水阀后的排空阀要保持打开状态，待出水水流稳定后再关闭。

（3）循环水泵启、停，出口蝶阀开、关中避免发生水击的措施是：水泵出口蝶阀开、关行程的时间曲线应符合设计要求进行调整，启泵前应设法向管道系统内灌水、排尽空气，启泵后再排出剩余的空气。

（4）水泵或出口逆止阀工作不正常而发生水击时，及时切换为备用泵运行，检查水泵及逆止阀，调整相关水泵或阀门以保持流量稳定。

（5）水泵的启停过程严格控制阀门的开关顺序，并打开管系中的连通阀，并采用正确的阀门操作方法，保证阀门一定的启闭时间。

4. 结语

汽水管道是热力发电厂的生命线，可以说是整个电厂的脉络，电厂能否安全稳定运行，取决与汽水管道的安全运行。火力发电厂中常见的管道水击现象多发生在蒸汽管道、凝结水管道、中低压给水管道、循环水管道等汽水管道中，但在蒸汽、给水管道中发生水击现象时具体征象有所不同，相应的处理防范措施也有所不同。因此，要根据水击具体特征现象不同和管道系统自身的运行特点，制定有效的防止管道系统发生水击的安全措施，有效预防杜绝汽水管道水击现象，保证汽水管道系统安全稳定运行，从而确保电厂的安全生产及经济运行。