凝结水再循环调节阀减振降噪处理实践

凝结水再循环调节阀减振降噪处理实践

祝希海

中国水利水电第十二工程局  310030

摘要：本文介绍某国外火力发电厂工程EPC实施过程中，由于凝结水再循环系统中的气动调节阀选用笼罩式结构的阀型，在启动调试、试过运行中，发生调节阀后会出现强烈的汽蚀噪音和管道振动过大现象，致使调节阀气动执行机构部件损坏，通过在调节阀后加装节流减压孔的方式进行降噪，将调节阀后的汽蚀消除及降低管道系统的振动，保证了系统调试的顺利进行和项目进度。

关键词：节流 减压 降噪

引言

火电机组凝结水系统设有最小流量再循环管路，自汽封冷却器出口的凝结水管道引出，经最小流量再循环阀回到凝汽器，以保证机组启动和低负荷期间凝结水泵通过最小流量运行，防止凝结水泵汽蚀，同时也保证启动和低负荷期间有足够的凝结水流过汽封冷却器，维持汽封冷却器的微真空。由于凝结水泵在低流量工作时的出口压力较高，而凝汽器工作处于负压状态，凝结水经过再循环调节阀从高压到负压，调节阀前后差压相对较大，从系统配置合理性来说，该调节阀应选用多级减压、迷宫型结构的调节阀，但在项目建设实施阶段，承建方在设备可用性的前提下，考虑到工程造价，往往选用一级或二级减压、笼罩结构型调节阀。但选用笼罩型调节阀，由于减压级数小，在调节阀前后差压相对较大的工况下，容易出现汽化闪蒸现象，引发凝结水再循环管道强烈振动，所以凝结水再循环管路振动是往往是火力发电厂的常见故障。

1. 系统设备概况及再循环调节阀运行状况

印尼某火力发电厂工程二期为2×200 MW 超高压（相当于印尼ubcritical 13.7MPa 等级）机组，凝汽器热井中的凝结水由2台互为备用的凝结水泵升压后，经可旁路切除的中压凝结水精处理装置、汽封加热器和三级低压加热器后进入除氧器，如图1所示。

凝结水泵为沈阳工业泵制造有限公司制造，型号为8LDTNB-8PS，经济工况的流量为526 t／h，扬程为288m，设计最小流量为140t／h。凝结水再循环管道径为6"，调节阀的设计参数如表1，阀体公称直径NPS 3，前后分别用6"-3"变径连接，调节阀选用FLOWSERVE的直通笼罩型调节阀。

在所列的3个工况条件下，由于调节阀前后压差较大，流体经过调节阀后，节流部位面积急剧变化，流速升高，压力下降，调节阀内的流体开始出现气、液两相流混合体，调节阀的渐扩喷嘴位置由于流道面积的急剧变化，阀门出口的流体在高速射流状态下引起流动速度不均匀，产生噪音对阀门和管道产生很大冲击力，引发管道剧烈振动及噪声。

在第一台机开始组启动调试、试运时，凝结水再循环调节阀及管道，发生剧烈振动，并产生很大噪声，现场测得的噪音超100dB ，阀门本体振动振幅超0.50mm。经过不长时间的试运行，发生调节阀组的手轮脱落、气动执行机构的气动管路螺纹连接件松脱，调节机构部件断裂损坏，致再循环系统不能正常调节、指示，过程中也试图在再循环管道上加装限位支架，但效果均不明显，直接影响机组系统调试、试运的进行。

考虑到，如将原笼罩型调节阀调整选型改为迷宫式或多级减压结构的调节阀，大量增加工程费用、国外工程的采购及运输周期又相对较长，直接影响项目的实施进度。现场采取了在调节阀后加节流孔板，通过增加调节阀后压力的方式，有效地解决了调节阀的汽蚀噪音和管系振动。

2. 调节阀后节流孔板的计算及布置

2.1节流孔板的计算

调节阀后加装节流孔的主要目的：増加调节阀后压力，使调节阀后的管路充盈流体,消除调节阀后渐扩管道部位的汽蚀，分解调节阀承受的压差。

根据DL 5054-2016 (7.5.5-6)节流孔的计算公式：

dk=    

式中：dk —节流孔内径，mm ;

G —介质流量，m³/h;

ρ — 质密度，kg/ m³ ;

△P — 节流孔前后压差，MPa。

设计计算的前提：根据调节阀的通流能力，调节阀实际的面积当量为Φ70mm孔径面积，因此为保证再循环流量，调节阀后加装的节流孔径不能小于Φ70mm，

根据实际流量和进出口压力进行计算，取用调节阀后压力为0.9MPa （节流孔前后压差取用较小值，较大的压差会使节流孔后形成强烈的噪音和水的射流冲击），即节流孔前后压差为0.8MPa ，根据公式计算得节流孔板的孔径Φ52mm。计算如表2。

为达到节流孔板在减压过程中起到流体流动较好地调整作用，使孔板后的流体涡流流动状态减弱，将Φ52mm的节流孔制作成19个Φ12mm节流孔的多孔板，如图示2。

2.2 节流孔板的安装布置

为解决调节阀后的噪音，主要解决调节阀后的流体流动状态，使流体的流动状态尽量保持平衡，不产生强烈的射流状态。

为保证调节阀后的管路充盈流体，在流体经过调节阀后产生射流时，依靠水的缓冲作用使节流孔后水流平缓，消除调节阀后的噪音.(布置，见图3)

1 -调节阀;2 -节流孔;H -阀后水柱高度；L -水平射流距离

图3： 调节阀后管路布置

为保证节流孔后的管道不出现射流振动，节流孔到出口位置必须保留足够的将空高度H，为消除节流孔后射流导致的水流直接冲击管道引起振动，设计最小的射流距离L。

节流孔后的流动属于突扩管流动。在流动截面突然扩大时，在宽截面的管道内形成一股射流，该股射流分灭面与其余介质分开，分散并旋卷成强烈的涡流，在约10D ( D ：母管内径）的管段长度上形成旋涡涡流，然后消失，流束扩散到整个截面。

因此，L的取值大于10D，保证水流平稳。

H的取值主要为保证出口水平管道充足的管道充盈度和水柱压力，因此H的取值可以选定为2D以上即可。

本工程的凝结水再循环阀布置在汽机房的0米层，再循环管与凝汽器的接口标高6.19m，高于再循环阀的标高，再循环阀后有2.6米的垂直管段，节流孔板安装布置的该垂直管段的中上部，充分保证了再循环阀后的管段水充盈度和节流孔板后的稳流。

2.3安装节流孔后的效果

安装节流孔后，观测量调节阀阀后振动和噪音明显得到缓解，噪音<80dB ;阀体振动振幅值：<0.05mm ; 测量阀后管道振动幅度：<0.10mm。保证机组启动调试、试运的顺利进行，直至工程移交凝结水再循环系统未发生故障。

3. 结论

在火力发电厂凝结水泵再循环阀的振动处理上 ，采用简易的、在调节阀后直接加节流孔的方法，可以将阀门及管道的振动得到有效的控制和解决。

[1] 刘奇洪. 调节阀改型解决凝结水再循环管路振动的实践

[2] 黄妙庄. 凝结水再循环调节阀的降噪音处理措施

[3] DLT 5054-2016火力发电厂汽水管道设计技术规定