脱硫氧化空气管道振动问题分析及对策

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翻新时间：2023-08-05

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脱硫氧化空气管道振动问题分析及对策

摘要：本文针对大唐桂冠合山发电有限公司2×670MW机组烟气脱硫氧化空气管振动过大的现象，通过现场分析，指出由于氧化风机并联数量较多、风量和压头较大且氧化空气管直径较大，再加上氧化空气管路布置不合理，管道支撑位置和形式设计不合理以及管道壁厚较薄是氧化空气管振动过大的主要原因，并且提出了防范和解决措施，并通过实施改造取得了预期效果，为解决管道振动问题提供了有益的方法。

关键词：氧化空气管；振动；烟气脱硫

中图分类号：C35 文献标识码： A

0 引言

1 氧化空气系统现状

5台氧化风机采用并联方式运行，风机出口管道上安装有安全阀、消音器、电动放空阀、橡胶接头、止回阀和截止阀。风机出口管径DN450，汇合后逐渐变径，母管直径为DN1100。

机组运行后先后出现电动放空阀控制电路板松动损坏、止回阀异响、管道移位和橡胶接头松动等现象。在运行2台风机时，系统无振动和噪音出现，但运行3-4台后振动和噪音明显增加，其中止回阀异响，在更换缓闭型止回阀后异响消除，但管道振动和噪音仍未解决。

2 振动原因分析

从力学的角度看，管道振动是一类特殊的机械运动，是典型的力学现象。管道通常用之于输送流体，为使流体流动需通过压缩机或泵加压作为动力，犹如人体的血液通过心脏加压一样，这种加压方式是间隙性的，管道的两端分别与各种设备或装置相连结，连结处可能是压缩机的出入口，容器、阀门或者孔板等管道及其支架和与之相连结的各种设备或装置构成了一个复杂的机械结构系统，在有激振力的情况下，这个系统就会产生振动[2]。

针对该项目，分析有以下几方面原因：

（1）管道布置不合理

该项目5台风机并联，风机出口管道与母管连接处几乎为直角，各路气流汇合处气流紊乱，使气流对管壁的冲击力增加数倍，管道会发生强烈的机械共振。

（2）管道支撑选型和布置位置不合理

由于氧化风机为罗茨风机，气流的气柱固有频率与风机本身的转速有关，当气流的气柱固有频率与风机出口管道的某阶固有频率相等或相近时，管道会发生强烈的机械共振[3]。

在弯管、阀门等处产生一定的随时间而变化的激振力，当气流激振力的激发频率与气柱固有频率相等或相近时，则发生气柱共振，也会使管道振动加剧[4]。

（3）管道壁厚选择不合理

当管道不可避免产生振动时，管道壁厚越厚，管道刚性越强，管道受激振力影响就越小。管道壁厚应按照压力管道设计，并且应适当增加余量。该项目母管直径达到DN1100，管道壁厚的影响突出。

3 管道减振的措施

（1）优化管道布置

通过优化管道布置，消除各路气流汇合处气流紊乱现象，使各路气流能平稳汇合，避免气流对管壁的冲击力产生的机械共振。改造前后的管道布置如下图所示：

图1 改造前管道布置

图2 改造后管道布置

（2）优化管道支撑和布置

将原来每台风机出口膨胀节后的支撑选用刚性固定支撑，另新增刚性固定支撑。新增刚性固定支撑的数量和间距布置的确定还需通过计算管道一阶和二阶共振管长区，这样可以改变管道的某阶固有频率，避免共振。

管道一阶和二阶共振管长区的计算如下：

氧化空气管道脉动频率： Hz （式1）

r-罗茨风机转速；

n-罗茨风机叶片数量；

最大允许脉动值：kPa （式2）

ID-管道内径，mm；

f-氧化空气管道脉动频率，Hz；

各脉动分量的最大许用峰-峰值：（式3）

PL-管路平均绝对压力，kg/cm2；

d-管路内径，mm；

f-氧化空气管道脉动频率，Hz；

氧化空气管音速： m/s （式4）

R-气体常数，R=8.314×104（J/kmonl）；

T-绝热温度，K；

M-气体分子量，kg/kmol；

管道支撑一阶共振管长：L1= m （式5）

管道支撑二阶共振管长：L2= m （式6）

（3）增加管道壁厚

将原管道壁厚由6mm增加到8mm。这样提高了管道的刚性，改变了原有结构固有频率，避开了共振区减少管道振动。

4 结论

本文根据华大唐桂冠合山发电有限公司2×670MW机组烟气脱硫氧化空气管振动的现象，通过分析指出振动的根本原因是管道布置、支撑形式、支撑间距和管道壁厚设计不合理，在产生的激振力作用下，导致整个管道系统产生共振。通过优化设计，改造完成后机组运行情况良好，消除了振动现象，同时也解决了噪音问题，为多台大流量、高压风机并联运行提供了有效消除振动的解决途径。