300MW机组供热改造振动解决方案

摘要： 描述第一次供热改造方案及改造后的振动现象，分析第一次供热改造方案引起机组振动的原因，介绍第二次供热改造方案和实施效果。

Abstract： This thesis represents the initial heat supply reformation scheme and piping vibration after this reformation. The cause of piping vibration after the initial heat supply reformation is analyzed. In addition， the second heat supply reformation scheme and its effectiveness are introduced.

关键词： 供热改造；打孔抽汽；供热蝶阀；振动

Key words： heat supply reformation；drilling hole and bleeder steam；heat supply butterfly valve；vibration

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）19-0036-02

0 引言

某工程安装2台300MW亚临界、燃煤、湿冷、纯凝发电机组，后对机组进行供热改造，满足当地城镇居民对集中供热越来越高的要求。

1 机组主机设备简介

①汽轮机为N300-16.7/538/538型亚临界、一次中间再热、两缸、两排汽、单轴、湿冷、凝汽式汽轮机。②锅炉为亚临界自然循环汽包炉，单炉膛、一次再热、全钢架结构锅炉。③发电机为QFSN-300-2型，静态励磁、水氢氢冷却汽轮发电机。④供热抽汽参数：调整/最大调整抽汽压力：0.5/0.8MPa（a）；抽汽温度：336℃；平均/最大抽汽流量：280/320t/h。

2 第一次改造方案描述

在汽轮机中低压缸连通管的水平管段加装液动供热蝶阀，汽轮机缸体上设弹簧支架支撑供热蝶阀（如图1）。供热蝶阀与连通管采用法兰连接，调整供热蝶阀的开度，来调节供热抽汽的压力和流量，满足热网用户的要求。

在中压缸排汽口与供热蝶阀之间的连通管水平管段上进行开孔抽汽，直径为DN1000。方向垂直汽轮发电机中心线水平由锅炉房指向汽机房方向（如图1）。

3 第一次改造方案实施后，机组振动情况描述和振动原因分析

3.1 振动情况描述 机组对外供热系统投入运行，逐渐关小中低压缸连通管上的供热蝶阀，增大对外供热抽汽量。机组负荷稳定在240MW，调整供热蝶阀开度由100%至45%，机组无明显振动和异常噪音。蝶阀开度继续减小至约40%，抽汽量增大，汽轮机低压缸产生刺耳的鼓风声，低压缸、中低压缸连通管、供热抽汽管道等相连部分强烈振动。供热蝶阀开度调回至45%，噪声减小，振动减轻，机组各轴承处振动数据在合格范围内。

机组负荷上升，供热蝶阀开度反复由45%缓慢关小至40%，汽轮机低压缸鼓风响声巨大，机组强烈振动，低压缸和相连系统的强烈振动（监测最高振幅曾达900μm），蝶阀的前、后法兰及供热抽汽供出法兰处发生多次泄露，产生高分贝的噪音。将供热蝶阀的开度调回至45%，机组恢复平稳运行。通过对特征工况进行测定后，各轴承处振动数值合格，各法兰处的振动状况如表1。

机组供热季结束后进行停机小修，检查中低压缸连通管，大量导流板撕裂脱落。具体情况如图2。

从上述数据不难看出：①机组在纯凝工况运行，在中低压缸连通管与供热蝶阀及供热抽汽管道接出处，管内蒸汽流场发生了变化，引起该处各连接组件产生振动和噪音。但振动和噪声均在合理的范围内。②机组对外供热工况下运行时，供热抽汽管系对中低压缸连通管流场影响较大，随着供热抽汽量的增大，供热蝶阀开度关小，在中低压缸连通管处产生的振动和噪声值迅速提高，其值远远超出机组运行允许的范围。供热蝶阀关小至一定的程度，中低压缸连通管振动加剧，受汽流的冲击，低压缸入口前连通管内大量的导流叶片被汽流冲击，自根部断裂脱落，低压缸鼓风现象严重。

3.2 振动原因分析 主要从以下三个方面进行分析。

3.2.1 供热抽汽管道导致中低压缸连通管振动 供热抽汽管道过长，支撑点相对较少，运行中会导致管系振动；供热抽汽流动引起供抽汽热管道的振动，导致与相连的中低压缸连通管振动幅度加大。通过对供热抽汽管道支点布置进行设计优化，经应力分析计算，靠近汽轮机的管道上增加支撑点后，机组再次投入运行，振动情况没有明显的改善，此影响被排除。

3.2.2 供热蝶阀开度影响中低压缸连通管振动 供热蝶阀在小开度情况下，中压缸排汽汽流受限制，蒸汽在管道内产生扰动，引起供热蝶阀和中低压缸连通管振动。这种情况振动量相对较小，且供热蝶阀设有弹性支架，可以减少此方面振动对中低压缸连通管的影响。

3.2.3 由中低压缸连通管自身结构和供热抽汽管道接出位置共同影响而引起的振动 中低压缸连通管是一个规格为DN1200的挠性门型结构（见图1）管系，在其竖直管段及水平管段上均设有挠性补偿器，用于吸收自身工作时竖直和水平方向的热膨胀。这种结构型式使得管系刚度小约束弱，尤其在管内流场变化时，易引起振动，流场变化大时，振动加剧。

供热抽汽管道自中低压缸连通管门型结构水平段的中间部位接出，与中低压缸连通管采用刚性法兰连接。供热抽汽管道与中低压缸连通管道刚度相近，供热抽汽管道的抽出位置对中低压缸连通管的变形产生较大影响，供热抽汽管道内介质流场发生变化对中低压缸连通管产生较大的扰动，成为引起中低压缸连通管振动的诱因。在采暖季机组运行时，中低压缸连通管产生如图3的工作变形，管系的变形也将导致振动的进一步加剧。

抽汽量增大，供热蝶阀开度变小，中低压缸连通管的变形和振动加剧；同时中压缸排汽受阻，排汽通过供热蝶阀后压力和流场骤变，对低压缸入口前中低压缸连通管内的导流板形成巨大冲击，与中低压缸连通管自身的振动迭加，导流板在剧烈冲击和振动的下被汽流冲刷断裂而脱落。

4 第二次改造方案描述及实施效果

4.1 改造方案描述

4.1.1 改变中低压缸连通管的结构型式 改变中低压缸连通管自身结构，由一只曲管平衡式补偿器代替原结构的三只补偿器。曲管平衡式补偿器同时补偿竖直和水平两个方向的膨胀。改变后增大中低压缸连通管管系的稳定性和刚度，提高其抗变形和振动的能力。

4.1.2 改变供热抽汽管道和供热蝶阀在中低压缸连通管上的位置 将供热抽汽管道和供热蝶阀移至中压缸排汽出口后的立管上，一方面大大增强中低压缸连通管自身的稳定性，减少因自身结构原因引起的振动；另一方面供热抽汽管道和供热蝶阀的位置远离低压缸进汽导流区，中压缸排汽经供热蝶阀和曲管平衡补偿器后流动趋于平缓，减小对低压缸入口导流板的冲击。改造后的中低压缸连通管结构如图4。

4.2 实施效果 第二次改造方案实施后，采暖季机组在不同负荷下，供热蝶阀在全开度范围内运行，与中低压缸连通管连接部分管系的振动、噪音及冲刷情况均得到全面缓解，振动和噪音完全符合机组安全运行的要求。采暖季结束进行机组检修，低压缸入口前中低压缸连通管内的导流叶片无明显冲刷迹象。整个采暖季运行过程中，供热蝶阀前法兰、后法兰及供热抽汽供出法兰的密封面均无泄漏产生。

5 结论

综所上述，本工程采用第二次供热改造方案，对中低压缸连通管自身结构、供热蝶阀和供热抽汽在其上的布置进行全面设计优化，保证改造后的中低压缸连通管在采暖季各工况运行时，所产生的噪音符合标准要求，不产生泄漏和明显的振动，使机组安全稳定运行。第二次改造方案的成功实施对类似情况的改造工程起到很好的借鉴作用。

参考文献：

[1]中华人民共和国电力工业部.火力发电厂汽水管道设计技术规定.1996.

[2]中华人民共和国住建部.大中型火力发电厂设计.2011.

[3]中华人民共和国发改委.电站汽轮机技术条件.2004.