热网蒸汽管道振动分析

摘 要：随着国内对环保要求的提高，煤炭价格的波动，传统抽凝发电机组部分在实行供热改造。蒸汽管道的供热半径随着技术水平的提高也越来越大。本文就绍兴滨海热电有限责任公司在热网操作、运行中遇到的管道振动作为切入点，分析热网蒸汽管道振动的原因及预防措施。

关键词：热力蒸汽管道；振动；预防措施

浙能绍兴滨海热电有限责任公司供热范围为滨海工业区三期工业集聚区域约48km2，供热半径约6km，是一座区域性的公用电厂。目前，机组规模为2炉2机，总装机容量600MW，额定设计低压蒸汽供热能力为355t/h，单台机组最大低压蒸汽供热能力为410t/h。低压蒸汽供热额定抽汽参数为0.981MPa（a），351℃。随着滨海工业园区印染集聚进度的逐步升级，绍兴滨海热力公司热网建设工作在稳步的开展。

目前，投运的热网管线为1#、3#、4#5、#、8#三根管线，热用户为19家，日平均用汽量约为190t/h。在管道投运过程中，工作人员发现诸多不利的因素会引起蒸汽管道的异常，以下对常见的蒸汽管道振动原因分析以及处理措施。

1、蒸汽管道振动成因分析

蒸汽管道中的工作介质是水蒸汽，常见的引起蒸汽管道振动主要原因有冷凝水、负荷不稳定、布置不合理、固定支吊架设计不合理、管理不完善。

1.1 冷凝水引起

热力管网投运时，原有管道内沉积的蒸汽冷凝为水，特别是在天气寒冷的时候，由于管线停运时间长、管道的保温层损坏严重、管道疏水阀门损坏等，管道中积聚大量冷凝水，当再次投运管线送汽时，高温蒸汽将会加热和带动管内的冷凝水高速流动，在管道弯头和阀门处，由于汽水流速和方向发生了改变而造成水冲击，引发管道振动现象。滨海热电热力管网直线距离最远达到6km，在用户再次使用蒸汽时，及其容易造成输送蒸汽时产生管道剧烈振动，严重时还会造成混凝土支架断裂，管道弯折、爆管等事故。

1.2负荷不稳定引起

由于负荷波动大，在管道内蒸汽压力随即产生波动。产生压力波动主要原因：1）蒸汽负荷利用不稳定，例如印染企业在开始使用蒸汽调试阶段时，投运设备单一，阀门启闭操作平凡，启闭阀门时蒸汽流动速度突然改变，流速的变化使其的动量发生改变，反应在管道内的压力迅速上升或下降，对管系产生很大的冲击力，从而引起管道的振动。该原因产生的管道振动，主要是对于较小的支线管道、印染厂内部管道等，振动幅度依据冲击力的大小。2）常用企业自备锅炉，由于锅炉操作人员工操作不熟练，由于进煤量的差异大，造成锅炉热负荷不稳定，蒸汽压力产生波动，弯头的作用力不断变化，会引起管道的振动。水质管理差，产生汽水共腾，致使蒸汽带水严重。我公司目前低压蒸汽由汽轮机抽汽至供热联箱，锅炉给水也均经过软化处理，蒸汽参数为0.6Mpa，温度为270℃左右，蒸汽为过热蒸汽，整条管线在运行中，蒸汽温度均不低于饱和温度，该原因造成的热网管道振动的可能性较小。

1.3 蒸汽管道布置不合理

在周边印染企业送汽过程中，操作人员发现一些印染企业内部管道振动情况。企业由于缺乏管道相关知识，贪图生产上的便利，私自更改管道线路，随意增加弯头和阀门，导致一些管路形成死角和管道截面突然扩大或缩小现象。在管道死角处可能会形成冷凝水，在蒸汽输送过程中会形成流体的相互碰撞和形成涡流导致管道的振动。蒸汽在管道中流速较大，刚启动时带动凝结水形成波浪，凝结水较多时会形成水塞。水塞被高速蒸汽推动前进，遇到转弯或截面剧变时，由于水的惯性大，撞击管壁、弯头、阀门等管附件就形成了水击现象。水击会使管道振动，产生噪音，严重时可能造成管道、阀门与设备的破坏。

1.4 支吊架设计不合理

在周边印染企业查看管线时，操作人员发现部分企业对管道支吊架的设置比较随意，没有充分考虑到管道的受热膨胀和必要的限制作用。部分有些支吊架与管道焊死，管道中间也没有补偿装置，造成管道受热膨胀后拱起来。由于限制了管道的位移，也没有起到限位和减振作用。有些支吊架已经脱落、锈死等仍得不到很好的维护，从而加剧了管道的振动。

2、管道振动的危害

蒸汽管道的振动能否得到很好，直接关系到企业的安全生产。管道振动产生的危害主要有：

1）蒸汽管道的振动会对管道的焊缝产生危害。由于持续或者间接的振动，会在对管道焊缝产生交变应力，特别是一些管道弯头焊接处。交变应力容易使焊缝及其热影响区产生疲劳裂纹，从而产生蒸汽泄漏，影响安全。

2）蒸汽管道的振动会损坏管道上的安全附件。管道振动也会对压力表、安全阀等附件与管道连接处的焊缝产生交变应力，而引发疲劳裂纹；同时管道的振动会导致压力表表盘的指针振动，不但影响正常指示，还容易造成损坏。

3）蒸汽管道的振动直接影响管道的使用寿命。例如，由于水击现象引起的振动，会对管壁和弯头产生冲刷减薄，在交变应力的作用下，容易形成裂纹等缺陷。蒸汽管道的异常振动如共振现象势必对生产在一线的员工产生心理恐惧，而导致生产效率低。

4）蒸汽管道振动，尤其是发生水击，其破坏力极大。轻则造成钢支架损坏，严重的冲断土建支墩，造成管道掉落等情况。

3、预防蒸汽管道振动的措施

为了蒸汽管道的安全运行，预防管道的振动，常见的防振措施有一下几点：

1）合理的结构设计。蒸汽管道使用单位，根据自己的实际使用生产情况，请有资质的设计企业对蒸汽管系进行合理设计，管道的布置应当力求简捷，尽量减少不必要的弯头、大小头等。另外在管道转弯处宜尽量采用大曲率半径弯管替代弯头；宜用斜面连接替代直角连接；宜用顺向连接替代对向连接：宜用顺向分支替代死端直角连接。蒸汽管系的支撑位置和支撑刚度要进行分析设计，使管道固有频率避开激发频率，以避免机械共振的发生。浙能滨海热网工程由杭州城建煤电设计院设计，管径大小、管道补偿、土建支墩间距、土建支墩承受力均经过设计计算。管道施工安装由浙江火电建设有限公司承接。专业的管网设计、施工，尽可能的避免由于设计结构、安装施工方面引起的管道振动问题。

2）滨海热力公司制定蒸汽管道的管理办法，定期对蒸汽管道实施检查，例如蒸汽管道保温层是否脱落、安全附件是否灵敏可靠，各管阀门是否出现异常情况，各支吊架是否牢固等，发现现问题的要及时整改落实到位。

3）对蒸汽管道系统上疏水器要保持灵敏可靠，及时疏放管道中的冷凝水，否则会产生液击现象，液击会造成管道内压力骤变，突然升压可能使管道爆裂，迅速降压而形成管内负压有可能使管道失稳。液击还常导致管道振动、发出噪音，影响管道系统的正常运行。

4）当操作人员在开启阀门时，发生明显管道振动或水击时，要做到以下几点：

首先保持冷静，不要因为非正常情况而茫然不知所措，判断振动、水击的严重情况。然后，适度的关小隔离阀，减少蒸汽的流通量，放缓蒸汽的流速，直至异况消失。接着，沿途检查管道疏水是否全部开启，是否存在疏水器堵塞问题。重点加强检查管道翻高处疏水释放点。检查管道支架是否存在脱落或安装偏差的问题。最后，观测沿途疏水情况，待疏水全部排空，确认沿途支架位置正常后，再缓慢开启蒸汽隔离阀，对阀后管道进行暖管送汽。

4 结束语

滨海热力公司第一批23家热用户的管网基本建成，现已有19家企业投运。在运行过程中，蒸汽管道容易发生管道振动现象。管道发生振动时，应根据现场实际分析产生振动的原因，采取相应的措施，有针对性地逐项排除，防止事故发生。本文介绍了常规发生管道振动的原因、危害、避免措施，為避免发生管道振动提供理论总结。

（作者单位：浙江浙能绍兴滨海热力有限公司）

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