空冷岛凝结水下降管振动消除研究和改

立项背

灵武公司成立于2006年2月26日，是宁东国家级能源化工基地的标志性工程和国家“西电东送”重要电源支撑点。公司总装机容量332万千瓦，是目前西北地区最大的火力发电厂。一期两台空冷机组是西北地区首台（套）60万千瓦级空冷机组，于2007年投产发电；二期两台106万千瓦空冷机组为世界首台（套）百万千瓦级超超临界空冷机组，于2011年投产发电。二期2×1060MW 超超临界一次中间再热、单轴、四缸四排汽、直接空冷式机组，空冷岛运转平台高度50米，布置10排8列共计80台空冷风机，空冷凝汽器共设置2根DN800的凝结水下降管，分别从汽轮机两侧的排汽装置接入。自二期工程投产后持续发生了空冷凝汽器凝结水下降管剧烈振动的现象，且多次因管道振动导致管道焊口裂纹，影响汽轮机真空系统严密性，且因管道振动造成厂房内管道支吊架钢梁固定点处存在较大振动冲击性，致使布置在上方的PT柜设备稳定性下降性，被迫将该处支吊架拆除，多次对管道布置及管道支撑进行相关改造，未能有效减小管道振动，下降管振动严重影响机组安全经济运行

根据现场凝结水下降管运行情况及检修人员经验总结，减少或消除凝结水下降管管道振动是解决问题的最终目标和思路，为了解决空冷岛凝结水对下降管垂直管道底部弯头的巨大冲击，考虑增加布置一个能量吸收装置，减小乃至消除对弯头的冲击力。经现场勘察研究决定，增设一个缓冲罐，通过加装缓冲罐后，可有效吸收管道内凝结水下落造成的动能冲击，减缓管道的振动问题

二、内涵和主要做（方）

使用一根长4.5米的Φ1420*24钢管，底部使用厚度50mm的钢板制作容器的封头，并焊接在2*2米的钢板底座上。将原凝结水下降管D点位置的弯头及两端管道割除，将凝结水下降管插入缓冲罐内3米，缓冲罐顶部使用厚度50mm的钢板制作容器的上封盖，在原DE凝结水管道高度及方向上，将凝结水管道与缓冲罐侧壁连通接。并在凝结水管道进入缓冲罐之前的管道上，安装一个法兰式橡胶膨胀节。缓冲罐的底座采用上下两块厚度为30mm的钢板，中间高密度平行布置焊接#12槽钢。

空冷岛凝结水下落后进入到缓冲罐内，由高度差产生的冲击力直接作用在缓冲罐的底部，并进一步传递到2*2米底板上，最终通过底板传递到混凝体地面上。当缓冲罐水位升高超过下降管的管口后，凝结水的冲击力将分散作用在液面以下的整个管体上，进一步提高缓冲罐受力的均匀性。如图3所示，凝结水垂直管道上增加橡胶膨胀节，可有效保护缓冲罐和凝结水管道的焊口，防止因管道振动导致焊口开裂。另外，为了进一步固定缓冲罐，在缓冲罐和空冷岛钢架立柱之间增加了三个刚性支撑，并用宽150mm*厚8mm的钢板制作三个抱箍。为了防止冬季机组调停或停运后的防冻要求，在缓冲罐底部设置了放水

原理或机

根据“U”型管等压面原理，并考虑到系统沿程阻力和喷淋喷嘴的局部阻力，正常运行中空冷岛凝结水下水管中的液面应略高于排汽装置喷淋管的位置标高，经现场实测降水管距0m标高1m高度处不同负荷下的压力，推算降水管内液面高度大约在7~10m标高处。空冷岛标高处的冷凝水至液面高度处呈自由落体状态高速垂直下落，在该液面处产生较大冲击动能，形成液体撞击振动波，这是导致下水管振动的原因之一。且该液面高度与汽轮机负荷成正比，负荷越大，该液面高度越高，冲击动能相对较小，负荷降低，则液面高度随着降低，冲击动能相应增大，与现场实际振动规律相吻合

另外，空冷岛下部横向风速对空冷岛换热能力有较大影响，因此，各组空冷换热器的热交换能力和产生的冷凝水量也存在较大的动态变化，空冷岛下水管液面高度忽高忽低，造成下水管下部压力频繁波动，下水管各弯头处的推力不断变化，是导致管道振动的另一原因

创新亮点和值得学习借鉴之

该课题成功解决了火气发电厂空冷岛凝结水下降管振动大的处理，为行业内处理该类缺陷提供了理论和实践依据，可有效降低机组运行经济损失，避免因类似问题发生机组非停；缓冲罐具有结构简单、便于施工的特点，从技术上避免类似异常情况的发生

实施应用前后效果（益）情况对

我公司就该项目联系系统内电科院制定科技项目进行改造实施，按照“1060MW汽轮发电机组空冷岛凝结水下降管消振研究和改造”项目实施处理后，空冷岛凝结水下降管振动消除，确保机组安全稳定运行，该项目2018年获批的“基于两相流模型在空冷凝汽器下降管振动研究的应用”科技项目投资125万元，目前通过以上改造，投资8.2万元，共计节约116.8万元

六、可推广应用范

可推广至火力发电企业空冷岛凝结水下降管振动类似情况及汽液两相流回水管道等类似工况