热力发电厂管道水击的现象和 处理思路

热力发电厂管道水击的现象和 处理思路

庞 泽

广东惠州天然气发电有限公司 广东省惠州市 516000

摘要：在热力发电厂中，蒸汽管道和给水管道是必不可少的组成部分，管道发生水击会损害设备和机组的安全稳定运行，本文从管道水击的原理、现象出发，分析并提出了管道水击时运行人员的事故处理思路，以尽量避免水击对机组运行的危害。

关键词：管道，水击，处理思路

引言

管道水击是较为常见的电厂运行事故，随着管道材质、运输介质的不同，事故的现象和情况也有较大的区别。本文从管道水击的原理出发，分析水击的特征及其影响因素，并从中找出水击事故的处理方案以及防范水击的有效方法。

1 水击的概念

当压力管道中的流速因外界原因而发生急剧变化时，引起液体内部压强迅速交替升降的现象，这种交替升降的压强作用在管壁、阀门或其他管路元件上好像锤击一样，称为水击。

2 管道水击的原理

管道水击，可以分为减速增压、增速减压、减速减压、膨胀恢复四个过程。

2.1压缩过程

如图(a)所示，当阀门突然关闭，首先在N-N断面上液体停止了流动，同时压力升高ph。然后相邻的另一层液体也停止了流动，压力也相应升高ph。这种压力升高以水击波的传播速度c由阀门N处一直向管道进口M传播。经时间时间传到管道进口，这时整个管道中压力都升高到p+ph。液体受到压缩，密度增高，管壁膨胀，这是一个减速增压的压缩过程。

2.2 压缩恢复过程

当压缩过程结束后，管道中压力比容器中压力高了ph。在压力差ph的作用下，管道中的液体将以速度v由管道流回容器内，如图（b）所示。与此同时，这层液体的压力由p+ph恢复到正常的压力p，管壁的膨胀也得到恢复，这种恢复以水击波的传播速度c向管道末端N-N传播。从阀门关闭时间算起，经过时间 后，由M-M传播到N-N断面，使整个管道都恢复到正常数值。该过程是一个增速减压的压缩恢复过程。

2.3膨胀过程(惯性作用)

压缩恢复过程结束后，液体并不能停止流动，在惯性的作用下，液体还将以速度v 继续向容器内流动，阀门N-N处液体首先减少，使其压力由p降低到p-ph。因而液体密度减小，体积膨胀，管壁相应收缩，同时液体的流动速度也降为零。这一膨胀仍以水击波速度c向M-M断面传播,如图 （c）所示。从阀门关闭时间算起，经过时间 后，使管道中的液体都处于膨胀状态，压力比正常情况下的压力降低了ph。此过程为减速减压的膨胀过程。

2.4 膨胀恢复过程

膨胀过程结束后，由于容器内的压力高于管道内的压力，在压差的作用下，液体以速度v 流向管内,最先使管道进口M处的压力恢复到正常情况。然后压力的恢复由 M断面以水击波的传播速度c向N断面传播。从关闭阀门时算起，经过时间 ，完成了增速增压的膨胀恢复过程，管道中液体的压力、密度都恢复到了正常值。

由于流体的惯性作用，管中流体仍以速度v向下流动，但阀门关闭，流体被阻止，于是又重复刚才的过程。

依次重复上述四个过程，水击会在过程中逐渐衰减，在一定时间后，水击产生的压力冲击逐渐减小最终消失。

3 管道水击的具体特征

首先，管道系统会发生振动，水击越强烈振动也越强烈；二是管道内发出巨大的声响，如同锤子敲击在管道上形成的声音。而投运时暖管或疏水不足的蒸汽管道，则会阶段性地发出“咚咚”的声响；当蒸汽带水进入管道则发出较为尖锐的连续啸声。第三种现象是介质泄露，当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。

4 管道水击产生的原因

4.1 给水管道的常见水击原因：

（1）由于管道较长且管道布置高低起伏导致有空气存在于管道内，进而产生水击。

（2）由于管道的疏水器出现故障，导致少量蒸汽从疏水器倒流入未运行的低压管道中，引发水击。

（3）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。

4.2蒸汽管道的常见水击原因

水击现象最容易在蒸汽管道中发生，以下几种情况蒸汽管道水击的原因比较普遍： （1）蒸汽管道由冷态备用状态投入运行，因进汽阀门开启过快或过大致使管道暖管不足。 （2）汽轮机或锅炉负荷增加速度过快，或是锅炉汽包发生满水、汽水共腾等事故，使蒸汽带水进入管道。 （3）运行的蒸汽管道停运后相应疏水没有及时开启或开度不足，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，管道将发生水击。

（4）轴封管道、再热等管道的减温水调节不合理，使得管道蒸汽带水，进而导致管道发生水击。

5 管道水击的危害

水击对给水管道、蒸汽管道最直接的危害是导致管道超压，包括2种情况：水击的增压波有可能使管道压力超过允许的最大工作压力，使管道破裂；减压波有可能使稳态运行时压力较低的管段压力降至液体的饱和蒸汽压。

发生水击现象时管道内压力会有一个急剧的波动，并伴随着管壁的扩张和收缩，发出强烈的振动和噪音，有如管道受到锤击的声音，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。

6 管道水击时的处理

6.1 给水管道水击

管道水击时，在保证人身安全的前提下，通过现场的判断，确认水击的严重情况，并据此作出相应的处理。

（1）若由于管内有空气的原因，导致水击，可暂将水泵停运，停止管道内水击的能量的来源，并同时开启管道上的空气阀，排出空气。

水泵或出口逆止阀工作不正常而发生水击时，应及时切换为备用泵运行，检查水泵及逆止阀。若是流量不稳、波动大引起的，则应设法调整相关水泵或阀门以保持流量稳定。

水泵的隔离阀或调阀开关不合理，导致管道压力大幅度的波动时，应当适当降低管道压力，手动降低水泵出力，手动调节阀门的情况，确保管道压力平稳。

6.2蒸汽管道水击：

蒸汽管道水击的危害十分严重，对于不同情况导致的水击，在实际遇到时应采取相应的处理处理方法： （1）在管道投运时发生水击，可关小或关闭进汽阀以控制适当的暖管速度，并及时开启蒸汽管道疏水阀，若疏水管堵塞，手摸裸露处不烫手，则反复敲打，必要时更换。 （2）要避免汽轮机或锅炉快速的大幅度调节负荷，因特殊情况负荷频繁大幅度变动时，要注意锅炉汽包水位的调节。另外，蒸汽负荷增加时，应及时调整燃烧，增加燃料量和风量，注意分辨虚假水位。 （3）停运后的蒸汽管道发生水击时，一要检查相关进汽阀门是否关闭严密，二要检查停运管道疏水是否开启，如未开启要及时缓慢开启，采用疏水母管系统时，还要避免疏水母管带压，其它管道的蒸汽通过疏水管道串入停运的蒸汽管道内，致使管道的水击现象加剧。

7 防范水击的方法

水击的发生，对管道及其连接的有关设备的正常工作都有较大的损伤，为了避免或者减轻水击带来的危害，在设计和实际运行中，应从以下方面着手：   （1）尽量地避免直接水击。如尽量缩短管道长度或保证阀门一定的启闭时间。

确保支吊架的设计可靠合理，尽可能减小水击造成的危害。   （2）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。   （3）在管道上装设安全阀，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。

8 结论

热力发电厂中，管道水击是较为常见的事故类型，若处理不当，容易造成管道的损伤甚至工作人员的人身伤害。因此，作为生产运行人员，及时发现并分析管道水击是何种原因造成的，是一件极其重要的技能。根据管道的材质、管内运输的介质参数进行综合考虑，通过一系列的措施，尽早消除管道水击事故，对于电厂的安全稳定运行具有重要意义。