1 問題的提出

    某電廠2×600MW機組直流鍋爐為東方鍋爐廠引進日本巴布科克－日立公司（BHK）技術制造的DG1900/25.4MPa－Ⅱ1型超臨界參數變壓直流本生(sheng)鍋(guo)(guo)爐，出于鍋(guo)(guo)爐快(kuai)速啟(qi)(qi)動(dong)(dong)和低負荷運(yun)行(xing)的需(xu)要(yao)，確保過熱器呈干態運(yun)行(xing)，設置了(le)鍋(guo)(guo)爐啟(qi)(qi)動(dong)(dong)旁路系(xi)統。內(nei)置式(shi)啟(qi)(qi)動(dong)(dong)系(xi)統主要(yao)由啟(qi)(qi)動(dong)(dong)分離(li)器（由汽(qi)水(shui)分離(li)器和儲(chu)水(shui)罐(guan)組成）、大氣(qi)式(shi)擴容器及水(shui)位(wei)（以下簡稱(cheng)361閥）等組成（如圖1所示）。361閥為內(nei)置式(shi)啟(qi)(qi)動(dong)(dong)系(xi)統中(zhong)控制汽(qi)水(shui)分離(li)器儲(chu)水(shui)罐(guan)水(shui)位(wei)的關鍵部件，該閥疏水(shui)管(guan)(guan)道(dao)在運(yun)行(xing)中(zhong)經常會出現強烈振動(dong)(dong)，嚴重(zhong)時通往鍋(guo)(guo)爐定排的穿(chuan)墻管(guan)(guan)可將墻體振壞。本文(wen)就該電廠內(nei)置式(shi)啟(qi)(qi)動(dong)(dong)系(xi)統運(yun)行(xing)中(zhong)出現的361閥疏水(shui)管(guan)(guan)道(dao)振動(dong)(dong)問(wen)題進行(xing)具體分析，并提出防(fang)止(zhi)策略。

圖(tu)1 啟動(dong)分(fen)離系統示(shi)意

    2 管路振動時段和振動位置

    當機組(zu)啟(qi)動(dong)和負荷(he)小于(yu)35%鍋(guo)爐最大(da)連(lian)續蒸(zheng)發量（BMCR）時，啟(qi)動(dong)分離(li)器(qi)以濕(shi)態(tai)(tai)方式運(yun)(yun)行(xing)，進(jin)入(ru)分離(li)器(qi)的工(gong)質經汽(qi)(qi)水分離(li)器(qi)擴容后(hou)，分離(li)出(chu)來的水進(jin)入(ru)儲水罐(guan)，后(hou)經361閥(fa)排(pai)向鍋(guo)爐疏水擴容器(qi)或凝汽(qi)(qi)器(qi)，分離(li)出(chu)來的飽和蒸(zheng)汽(qi)(qi)進(jin)入(ru)過熱(re)器(qi)。隨著鍋(guo)爐負荷(he)增加，工(gong)質干(gan)度增加，儲水罐(guan)中的水位逐漸下(xia)降(jiang)，當負荷(he)大(da)于(yu)35%BMCR時，361閥(fa)不(bu)再(zai)因儲水罐(guan)水位高而打(da)開，分離(li)器(qi)由濕(shi)態(tai)(tai)運(yun)(yun)行(xing)轉(zhuan)為干(gan)態(tai)(tai)運(yun)(yun)行(xing)而完成啟(qi)動(dong)過程。根據(ju)生產現(xian)場(chang)的實際(ji)情況，361閥(fa)疏水管(guan)路振動(dong)強烈的時段(duan)主要集中在投(tou)入(ru)運(yun)(yun)行(xing)初期(qi)和361閥(fa)開度大(da)幅波動(dong)期(qi)間；振動(dong)強烈的位置集中在疏水至鍋(guo)爐定排(pai)管(guan)路。

    3 管道振動原因分析

    3.1 疏水管道設計不當

    （1）從圖2可以看出(chu)，361閥至定排(pai)疏水(shui)管(guan)道(dao)段較長(chang)（兩側共約80m），管(guan)道(dao)空間布局呈∏形布置，普遍采用單拉桿剛性吊架懸(xuan)掛(gua)，使得整(zheng)個管(guan)系剛度(du)不夠，自(zi)由度(du)偏大(da)，管(guan)道(dao)的自(zi)振頻率(lv)較低，在低頻激振條件(jian)下，管(guan)道(dao)會因共振而引發較大(da)的振動。

    （2）從圖2中可以看出，361閥布(bu)置(zhi)在(zai)(zai)汽機側(ce)0.5m高(gao)的(de)(de)位置(zhi)，出于現場管道安裝布(bu)局的(de)(de)需要，361閥至(zhi)定排(pai)擴(kuo)容(rong)(rong)器(qi)疏水管道大部分布(bu)置(zhi)在(zai)(zai)5.5～6.0m層，361閥至(zhi)定排(pai)擴(kuo)容(rong)(rong)器(qi)疏水總管通往(wang)鍋爐側(ce)的(de)(de)管道布(bu)置(zhi)在(zai)(zai)7.5m層。當往(wang)定排(pai)擴(kuo)容(rong)(rong)器(qi)疏水時，水流會(hui)在(zai)(zai)361閥后管道內(nei)形成一個(ge)急(ji)速轉(zhuan)向，產(chan)生(sheng)很大的(de)(de)沖(chong)(chong)擊力(li)，特(te)別是在(zai)(zai)疏水初期，這種沖(chong)(chong)擊力(li)更大，進而(er)誘發361閥至(zhi)定排(pai)擴(kuo)容(rong)(rong)器(qi)疏水管道的(de)(de)振動。

    3.2 流體脈動

    出于(yu)對(dui)儲(chu)水(shui)罐水(shui)位的(de)(de)(de)有(you)(you)效控制，在(zai)361閥的(de)(de)(de)邏輯中，設有(you)(you)快開(kai)(kai)和快關邏輯。在(zai)361閥快開(kai)(kai)或快關的(de)(de)(de)過程中，其疏(shu)水(shui)管(guan)(guan)道(dao)內流(liu)體速度忽快忽慢，壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)忽高忽低(di)，形成一種不(bu)(bu)穩(wen)定的(de)(de)(de)流(liu)體狀態。該不(bu)(bu)穩(wen)定液體對(dui)管(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)(de)作用力(li)(li)(li)可以看作是在(zai)靜力(li)(li)(li)（相當(dang)(dang)于(yu)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)的(de)(de)(de)平均(jun)(jun)(jun)值即(ji)平均(jun)(jun)(jun)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)對(dui)管(guan)(guan)件的(de)(de)(de)作用力(li)(li)(li)）的(de)(de)(de)基礎(chu)上(shang)額外加上(shang)一個脈(mo)(mo)動(dong)(dong)力(li)(li)(li)（相當(dang)(dang)于(yu)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)偏(pian)離平均(jun)(jun)(jun)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)部(bu)分即(ji)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)對(dui)管(guan)(guan)件的(de)(de)(de)作用力(li)(li)(li)）。該脈(mo)(mo)動(dong)(dong)力(li)(li)(li)會引發管(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)響(xiang)(xiang)應(ying)，當(dang)(dang)管(guan)(guan)道(dao)對(dui)于(yu)次脈(mo)(mo)動(dong)(dong)產生的(de)(de)(de)激勵響(xiang)(xiang)應(ying)頻率(lv)與其自身的(de)(de)(de)固有(you)(you)頻率(lv)相重合時(shi)，管(guan)(guan)道(dao)與脈(mo)(mo)動(dong)(dong)就會產生共振(zhen)。

    3.3 汽液兩相流

    在啟動系統中，361閥前管道設計壓力為28.8MPa，設計溫度為375.00℃。361閥至定排擴容器電動閘閥前管道設計壓力為28.8MPa，設計溫度為164.14℃。電動閘閥后(hou)管(guan)(guan)道(dao)設計壓(ya)力(li)為(wei)0.9MPa，設計溫(wen)度(du)為(wei)80.00℃。在機組極熱(re)態啟(qi)動(dong)過(guo)程(cheng)中，儲(chu)(chu)水(shui)(shui)罐(guan)內工質(zhi)溫(wen)度(du)在360.00℃以上，出于(yu)對凝汽(qi)器的(de)(de)保護，最初(chu)儲(chu)(chu)水(shui)(shui)罐(guan)內的(de)(de)水(shui)(shui)經361閥(fa)后(hou)疏往(wang)定排擴容器。雖經361閥(fa)及其管(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)節流(liu)和(he)冷(leng)卻，但整個過(guo)程(cheng)中壓(ya)降(jiang)速(su)度(du)快(kuai)于(yu)溫(wen)降(jiang)速(su)度(du)，最初(chu)進入361閥(fa)至(zhi)定排擴容器電動(dong)閘閥(fa)后(hou)的(de)(de)工質(zhi)可能(neng)為(wei)汽(qi)態或(huo)汽(qi)液(ye)(ye)兩相流(liu)，使得管(guan)(guan)道(dao)內壁處(chu)在汽(qi)液(ye)(ye)兩相流(liu)體(ti)的(de)(de)紊流(liu)層，從(cong)而引發管(guan)(guan)道(dao)振(zhen)動(dong)。另外，流(liu)體(ti)在輸(shu)送過(guo)程(cheng)中必然會產(chan)生(sheng)壓(ya)降(jiang)，隨著壓(ya)力(li)的(de)(de)降(jiang)低可能(neng)會出現(xian)液(ye)(ye)體(ti)汽(qi)化現(xian)象(xiang)，當液(ye)(ye)化產(chan)生(sheng)的(de)(de)氣(qi)泡破滅時(shi)，就(jiu)會發生(sheng)汽(qi)蝕，從(cong)而誘發管(guan)(guan)道(dao)振(zhen)動(dong)。

    3.4 管道受到熱沖擊

    當機組進入(ru)直流運(yun)行(xing)后(hou)(hou)，361閥(fa)將強制(zhi)關閉(bi)，退出(chu)運(yun)行(xing)，從而隔(ge)斷儲水罐(guan)側高(gao)溫(wen)高(gao)壓(ya)系統(tong)與凝汽器或定(ding)排側的低溫(wen)低壓(ya)系統(tong)的聯系。在停爐(lu)或緊急(ji)事故階(jie)段，需要投入(ru)361閥(fa)運(yun)行(xing)，而此時的361閥(fa)前后(hou)(hou)管(guan)道內工質參(can)數相差(cha)巨(ju)大，如果貿然(ran)打開361閥(fa)，必然(ran)會(hui)對361閥(fa)及(ji)其管(guan)路造成熱沖擊。管(guan)路受(shou)(shou)熱后(hou)(hou)開始(shi)膨(peng)脹，溫(wen)差(cha)越大，膨(peng)脹量越大，一旦(dan)膨(peng)脹受(shou)(shou)阻，會(hui)使管(guan)路在受(shou)(shou)阻處(chu)產生較(jiao)大應力并開始(shi)向自(zi)由空間(jian)運(yun)動，從而引發管(guan)道形變和(he)振動。

    4 防范措施

    4.1 增加剛性限位支架

    對管(guan)(guan)(guan)(guan)路(lu)振(zhen)(zhen)動情況進行了模態分析和(he)(he)(he)應力計算(suan)，在此基礎上，為(wei)防范(fan)管(guan)(guan)(guan)(guan)路(lu)振(zhen)(zhen)動，采(cai)取了有效措施(shi)。在361閥至(zhi)定排(pai)擴(kuo)容器(qi)疏水管(guan)(guan)(guan)(guan)路(lu)的(de)(de)(de)較長水平段上增加(jia)3處剛性(xing)限(xian)位支(zhi)架(jia)(jia)（圖2中(zhong)a，b，c點(dian)）和(he)(he)(he)1處液(ye)壓阻(zu)尼器(qi)（圖2中(zhong)d點(dian)）。其(qi)中(zhong)a點(dian)和(he)(he)(he)b點(dian)的(de)(de)(de)限(xian)位支(zhi)架(jia)(jia)限(xian)制(zhi)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)沿y向和(he)(he)(he)z向的(de)(de)(de)晃動，c點(dian)的(de)(de)(de)限(xian)位支(zhi)架(jia)(jia)限(xian)制(zhi)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)沿x向和(he)(he)(he)y向的(de)(de)(de)晃動；d點(dian)的(de)(de)(de)液(ye)壓阻(zu)尼器(qi)水平布置，消(xiao)化(hua)吸收管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)沿z向的(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動能量。改(gai)造后增加(jia)了水平段管(guan)(guan)(guan)(guan)路(lu)的(de)(de)(de)剛性(xing)，提高(gao)了其(qi)自(zi)振(zhen)(zhen)頻率(lv)，取得(de)了較好的(de)(de)(de)效果。

圖(tu)2 361閥疏水管道系統結構(gou)示意(yi)圖(tu)

    4.2 消減管系的激擾力

    （1）在(zai)冷(leng)態啟機(ji)過程中，為減(jian)少工質損失(shi)和提高(gao)產(chan)汽率，給水流(liu)量應控制(zhi)到較小程度，為減(jian)小361閥調節幅(fu)度，維(wei)持疏水管內(nei)流(liu)量穩定，采用投運單側361閥來調整儲(chu)水罐水位。

    （2）完善361閥聯鎖邏(luo)輯(ji)。

    1）取消原有“儲水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)罐(guan)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)位(wei)(wei)高于18m且(qie)361閥沒(mei)有在(zai)開(kai)位(wei)(wei)且(qie)貯水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)箱壓力小于12MPa則對應快(kuai)開(kai)電(dian)磁(ci)閥動作(zuo)，聯鎖快(kuai)速全開(kai)361閥”邏輯，避(bi)免因(yin)361閥快(kuai)開(kai)造成(cheng)疏水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)管內水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)流(liu)量(liang)突增，增大對管道的(de)(de)脈動力。取而代之，在(zai)分散(san)控制系統（DCS）汽(qi)機報警(jing)(jing)中增加(jia)“儲水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)罐(guan)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)位(wei)(wei)高”報警(jing)(jing)（觸發條件為(wei)：儲水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)罐(guan)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)位(wei)(wei)達到18m），提醒運行人員手動干(gan)預儲水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)罐(guan)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)位(wei)(wei)的(de)(de)調(diao)整，因(yin)為(wei)儲水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)罐(guan)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)位(wei)(wei)的(de)(de)高低關鍵還(huan)是在(zai)于給水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)流(liu)量(liang)的(de)(de)調(diao)整。

    2）在(zai)儲水罐(guan)液位控(kong)制站(zhan)(zhan)自(zi)(zi)動(dong)口(kou)設置限速模塊，對系統自(zi)(zi)動(dong)與手動(dong)切(qie)換時361閥開(kai)度調節指令的(de)偏差進(jin)行平滑作用控(kong)制，使儲水罐(guan)液位控(kong)制站(zhan)(zhan)平穩(wen)地由(you)手動(dong)指令過渡到(dao)更為合理的(de)自(zi)(zi)動(dong)控(kong)制參數，以防(fang)止出現指令偏差大(da)而導(dao)致361閥開(kai)度大(da)幅波動(dong)的(de)現象。

    3）在鍋爐啟動階(jie)段，隨著爐水(shui)(shui)焓(han)值的(de)上升，將會產(chan)生(sheng)汽水(shui)(shui)膨脹現(xian)象(xiang)。為防止(zhi)汽水(shui)(shui)膨脹引起水(shui)(shui)位(wei)(wei)(wei)劇烈變(bian)化而使361閥異常動作(zuo)，對其開動作(zuo)進(jin)行(xing)速率限制(zhi)。為防止(zhi)汽水(shui)(shui)膨脹時水(shui)(shui)位(wei)(wei)(wei)迅速上漲而導致361閥開度突然大增，當儲水(shui)(shui)罐液位(wei)(wei)(wei)從高位(wei)(wei)(wei)開始下降時，給水(shui)(shui)位(wei)(wei)(wei)信號增加(jia)一負(fu)偏置(zhi)，以避(bi)免水(shui)(shui)位(wei)(wei)(wei)變(bian)化過大。

    4）由于(yu)儲(chu)水罐液位允許控制(zhi)范圍(wei)較大(da)且(qie)361閥(fa)流量特性較好。當(dang)沒有(you)聯(lian)關指(zhi)令(ling)且(qie)分(fen)離(li)器壓(ya)力小于(yu)11MPa時，361閥(fa)調節(jie)采用開環控制(zhi)，根(gen)據分(fen)離(li)器水位確定(ding)開度(du)指(zhi)令(ling)。水位調整下限為10m，上(shang)限為16m，在此(ci)范圍(wei)內(nei)，361閥(fa)開度(du)指(zhi)令(ling)按0%～100%調節(jie)。

    （3）在361閥(fa)運(yun)行期間，應(ying)加(jia)強鍋(guo)爐給水(shui)(shui)和燃料的(de)調整，維(wei)持(chi)給水(shui)(shui)流量(liang)相對(dui)穩定(ding)，維(wei)持(chi)361閥(fa)開度(du)在15%～30%小(xiao)范圍波動(dong)，以防(fang)止(zhi)361閥(fa)大幅(fu)開/關而造成管道內工質流量(liang)的(de)大幅(fu)波動(dong)。在鍋(guo)爐汽水(shui)(shui)膨(peng)脹期間，應(ying)停止(zhi)對(dui)鍋(guo)爐燃燒(shao)和給水(shui)(shui)的(de)調整，以減少(shao)對(dui)361閥(fa)水(shui)(shui)位控(kong)制的(de)擾動(dong)因素。

    4.3 對361閥及其附屬管路暖管

    鍋爐轉(zhuan)直流運行(xing)(xing)后，361閥(fa)(fa)強制(zhi)(zhi)關(guan)閉，在(zai)緊急事故或停爐階段，需要打開361閥(fa)(fa)對(dui)儲(chu)水罐(guan)水位進行(xing)(xing)控制(zhi)(zhi)。361閥(fa)(fa)前(qian)管路內工質壓力和溫度相當高，為防止(zhi)361閥(fa)(fa)突然開啟對(dui)系統造成沖擊，需提前(qian)對(dui)361閥(fa)(fa)及其附屬(shu)管路暖管。

    （1）在鍋爐直流運行中，打開省煤器出口至361閥的暖管閥（圖1中#4和#8閥門），及儲水罐至過熱器二級減溫水的截止閥（圖1中#9閥門）。加熱(re)水(shui)經暖管(guan)閥(fa)流向361閥(fa)后，倒流入儲(chu)水(shui)罐內，再經儲(chu)水(shui)罐至二級噴(pen)水(shui)管(guan)路(lu)排走，實現對361閥(fa)及其前(qian)管(guan)路(lu)的在(zai)線(xian)暖管(guan)。

    （2）在361閥(fa)(fa)(fa)(fa)投入運行前，全開(kai)(kai)361閥(fa)(fa)(fa)(fa)后(hou)所有疏水門，稍開(kai)(kai)361閥(fa)(fa)(fa)(fa)（5%左右開(kai)(kai)度(du)(du)），對管(guan)路暖(nuan)管(guan)10～15min，待疏水管(guan)溫度(du)(du)高于150℃后(hou)，暖(nuan)管(guan)結束。然(ran)后(hou)，根據需(xu)要開(kai)(kai)啟(qi)361閥(fa)(fa)(fa)(fa)至凝汽器電動閥(fa)(fa)(fa)(fa)（圖(tu)1中(zhong)2#2或#6閥(fa)(fa)(fa)(fa)門）或至定(ding)(ding)排(pai)電動閥(fa)(fa)(fa)(fa)（圖(tu)1中(zhong)#3或#7閥(fa)(fa)(fa)(fa)門）。手動調節361閥(fa)(fa)(fa)(fa)開(kai)(kai)度(du)(du)，待儲水罐水位基(ji)本穩定(ding)(ding)后(hou)，將其切自動控制方(fang)式。

    5 結束語

    本文從現場實際(ji)(ji)的(de)(de)(de)角(jiao)度出發，深入總結了(le)(le)生產經驗，較為系統(tong)地分析和(he)解(jie)決了(le)(le)361閥管(guan)路振(zhen)動的(de)(de)(de)問(wen)題，并在實際(ji)(ji)生產中取得了(le)(le)較好(hao)的(de)(de)(de)效果。可為其他電廠(chang)同類型(xing)機(ji)組(zu)在投運361閥時的(de)(de)(de)防止管(guan)路振(zhen)動提供借鑒。