印度150MW循环流化床项目冷风道振动问题分析及解决方案

邓婷婷

1.前言

印度项目6台135MW循环流化床机组，目前1、2号机组已投入运行，3、4号机组正在施工。1、2号机组投运以来，前期印方反映我方冷一次风流道设计不平衡（风道设计为“F”型布置），影响2台风机平衡运行，应要求，我方专门就此问题进行了CFD（数字模拟）分析，并已将相关分析报告提交印方。后期现场反映冷一次风、运行中振动剧烈，风机出口金属膨胀节破裂、风道加固肋断裂、风道钢板破裂。为解决该问题，特派技术人员赴现场对振动情况进行现场调研，并根据调研情况提出相关解决方案。

2.印度现场1、2号机组冷一次风道振动调研情况

2.1基本条件

为便于报告阅读，先将有关坐标方向及设备编号做基本设定。

坐标方向定义如下：X向为从扩建端指向固定端；Y向为从汽机房指向锅炉房；Z向为从0米向上。表格中的振动值均为绝对值，不考虑坐标轴方向。设备标号定义如下：A风机为靠近汽机房侧的风机；B风机为靠近烟囱侧的风机。测量仪器为印方的振动速度测试仪，该仪器仅能测量振动速度，无法测量振动频率及振幅，有可能在高频低振幅和低频高振幅情况下测出的振动速度值接近，因此必须参考人在现场的触感判断。另外，该仪器的测试精度无法判断，部分数据有一定的随机性（相同点2次测试有可能有较大差异），但通过大量数据的采集，基本可以判定变化趋势。数据表中不同坐标值的风道测点振动速度值为冷风道不同方向面板的振动值，不是同一点的不同方向振动值。

2.2冷一次风道系统运行初步情况

现场1号机组停机，2号机组正常运行，机组负荷在～123MW。在运转层平台观察10.25m冷一次风管道的运行情况，触摸管壁有明显振动，各区域振感不均匀，在加固肋间距较小的区域和A风机联至水平管道的弯头弧形壁面振动较小；另外，在靠近固定支架附近的管道壁面也振动较小；站立在冷一次风道顶板感觉振动剧烈，主观感受在混合联箱顶板处振动更大。冷一次风道加固肋、壁板多处存在破裂现象，加固肋施工质量较差，部分加固肋在直角连接部位焊接质量较差，或存在割缝等现象，减弱了加固肋强度，也偏离了我方选型计算时的刚接力学模型。在集控室DCS画面中观察了运行工况，2号机组运行中2台一次风机进口导叶开度有一定差异，A风机开度为48%，B风机开度为75%。据运行人员介绍，开度的差异并非是由于风道布置引起的，实际原因是A风机振动较大，为控制检测点的振动值认为降低A风机负荷，而加大了B风机进口导叶开度。

2.32号机组冷一次风道振动情况

印方技术人员携带振动速度测试仪现场测量，对2号机冷一次风道上选点测量了振动速度值，各点编号图参见附图，振动速度值参见附表。

2.4冷一次风道立管振动情况

由于现场不具备条件，前期主要对运转层以上的水平管道振动值进行了测量。为了更好地判定振动原因，需要了解实际立管段振动情况，工作人员亲自爬上1、2号机组冷一次风的立管感受振动情况。根据现场的实际感受，冷一次风道立管部分振动很小。

3.印度项目1、2号机组冷一次风道振动问题分析

3.1现场冷一次风道振动情况分析

通过现场实测的振动值及人的主观触感判断，冷一次风道存在明显的振动情况。冷一次风道本体加固肋、壁板等多处出现振断、振裂情况。通过对振动值的分析可以看出，在运转层以上的水平管道振动较为强烈，立管部分振动相对较弱，这主要是由于水平管道与立管之间设有固定支架，这一现象也从另一个方面表明，振动源应在水平段，并主要由水平段传递至立管段。

现场在A一次风机单台运行时，即发生了较强的振动，实测的振动值与高负荷的振动值接近，并且单A风机运行时进口导叶开度在～25%左右，負荷较低；B风机单独运行时也发生了振动，总体振动情况弱于A风机运行情况，但2种工况振动的最大值基本都出现在混合联箱处。通过分析上述现象可以初步判断，振动的主要原因不是2台风机的气流互相扰动引起的，并且主要振动源可能在联箱位置。运行人员介绍实际运行B风机振动较大，A风机振动较小，因此认为降低了B风机的负荷，而调大A风机的负荷。由于B风机是靠近混合联箱的风机，从另一方面也印证了混合联箱部位是振动源。现场实测及触感表明水平直管道壁板振动较大，很可能存在共振因素，另外施工质量较差，加固肋的人为破坏也是原因之一。另外在现场的观测表明，振动的传递具有一定的方向性，在运转层以上的水平管道，X向振动的传递较弱，Y向振动的传递较强，现象之一是接入空预器的直管（膨胀节前）的振动明显减弱。

3.2印度项目与同等项目冷风道设计特点比较

为解决该问题，技术人员赴山东电厂调研（该厂冷风道布置与印度项目类似）在山东电厂的调研未发现冷风道振动现象，站在锅炉运行层用手触摸风道外壁有轻微振动，属于正常现象。空气预热器入口非金属补偿器曾经破裂过，而后进行了更换，未再发生问题；经过咨询，混合弯头处，现场也从未设置过导流板或进行过改造。现场观察到，风道加固肋的制造比较严谨，风道的角部均按照设计院的要求，设置为刚接加固肋，而印度现场均为铰接加固肋。总体而言，电厂认为风道不存在振动现象，风机的出力也比较均匀印度项目与山东项目冷一次风道采用了类似的布置格局，但山东项目冷一次风道运行情况良好，而印度项目冷一次风道出现了明显的振动情况。并且从DCS截屏可以看出，山东项目风机出口压力为15.7kPa，而印度项目风机出口压力为11.5kPa，山东项目冷一次风参数更高。通过比较两个项目的设计细节，发现在混合联箱处的布置设计有较大区别。两个项目在混合联箱处的平、断面图见下图。

从以上附图可以明显看出，山东项目B风机立管至混合联箱的连接为平滑过渡，即边缘处立管管壁与混合联箱管壁在同一平面上；而印度项目B风机立管至混合联箱的连接端部存在一段盲管，其长度为880mm，此段盲管在气流作用下会形成具备强烈的涡流，由于风机气流存在一定脉动，涡流也将形成压力脉动波，从而引起风道振动。另外，通过冷一次风管道施工图的对比，印度项目的加固肋设计与山东项目也偏小，印度项目在立管段和2台风机之间的水平段采用的是70号角钢加固肋；而山东项目在同样位置采用的是16号槽钢。这样的设计差别造成了管道强度及频率特性的较大差别。

3.3CFD（数字模拟）结果分析

为了分析印度项目冷一次风道的气流特性，与相关院校配合进行了CFD（流体数字模拟）试验。

从模拟结果可以看出，在混合联箱2个死角区域存在明显的漩涡区，说明混合联箱区域的强漩涡引起振动的可能性较大。

3.4.印度项目冷一次风道振动问题分析结论

根据以上分析，认为印度项目冷一次风道振动的原因如下：1）主要原因是由于混合联箱空气动力学设计不合理，存在明显的死区，从而在运行时形成强漩涡引起振动；2）冷一次风道加固肋设计未按振动条件选型，加固肋型号偏小；3）现场施工质量较差。加固肋角部焊接质量差，未形成刚性连接，与设计条件有出入；多处加固肋人为切断，降低了管道强度。

4.采取的处理措施

针对现场反馈、机组安装进度及投产情况，基于对风道自振频率与风机气流脉动频率、风机旋转频率一致发生共振的担心，我们考虑了如下处理措施：1）方案一，现有加固肋型号及位置保持不变，所有截面均增加内撑杆，内衬杆规格宜选用φ60*4.5或φ76*4，风道自振频率有很大幅度的提升，此方案对于“风道在锅炉钢架内尚未连接组装或者风道尚在锅炉0m库存的机组”进行实施相对容易；2）方案二，增设外部加固肋，至少采用槽钢16a，此方案建议针对现场工程施工中机组实施，将风机出口补偿器更换为非金属补偿器；3）以上两个方案，均要求冷一次风机出口补偿器应由金属补偿器修改为非金属补偿器；4）在混合联箱增加导流板解决近端的风机存在的涡流现象；5）要求现场提高施工质量。

5.结束语

根据以上方案的实施，工程现场基本改善了冷一次风道的振动问题，风道振动的原因是多方面综合性的，我们要在解决问题的同时进行相关试验研究，总结经验，避免后续工程出现类似情况，对工程造成不必要的损失和困扰。

（作者单位：中国电力建设工程咨询中南有限公司）