主蒸汽閥噪聲原因分析及處理.pdf

文章編號 100225855 2007 0120039202 作者簡介 徐遠鵬 1968 男 江蘇如皋人 高級工程師 從事火電廠鍋爐檢修的技術(shù)管理工作 主蒸汽閥噪聲原因分析及處理 徐遠鵬 華能南通電廠 江蘇 南通226003 摘要 通過對噪聲產(chǎn)生機理的分析 確定了主蒸汽閥噪聲的生成原因 介紹了幾種降噪措施 及其效果 對電廠管道設計和閥門選型具有借鑒意義 關(guān)鍵詞 主蒸汽閥 噪聲 降噪對策 中圖分類號 TH134 文獻標識碼 B Cause analysis and solution to main steam valve noise XU Yuan2peng Huaneng Power International Inc Nantong Power Plant Nantong 226003 China Abstract The cause of main steam valve noise is determined through analysis of noise creating mecha2 nism Several noise reducing measures and their effects are detailed in this text It could serve as ref2 erence to power plant piping design and valve type selection Key words main steam valve noise noise reducing methods 1 概述 華能南通電廠3 和4 鍋爐是亞臨界自然循環(huán) 煤粉鍋爐 額定蒸發(fā)量為1 072 t h 過熱器出口 溫度為541 過熱器出口壓力為1711 MPa 采 用一次中間再熱系統(tǒng) 配用350 MW汽輪發(fā)電機 組 在鍋爐出口的主汽管上 順介質(zhì)流向 緊密布 置有2只過熱器出口安全閥 1只電磁釋放閥和1 只主蒸汽閥 主蒸汽閥為平行閘閥 主蒸汽管材料 為SA335P22 規(guī)格為 557 mm 91 mm 在鍋爐 頂部 集中布置有8只一級減溫水調(diào)節(jié)閥和8只二 級減溫水調(diào)節(jié)閥 每只調(diào)節(jié)閥前后均有隔離閥 2 噪聲狀況 在3 機組和4 機組調(diào)試期間 爐頂存在著異 常噪聲 這種噪聲隨著機組負荷的變化而變化 通 過長時間觀測確定 機組負荷低于280 MW時 爐頂沒有異常噪聲 機組負荷大于300 MW時 爐頂噪聲隨著機組負荷的增大而愈加強烈 機組負 荷大于340 MW時 在主蒸汽閥附近1 m范圍內(nèi) 噪聲達到130 dB左右 且主蒸汽閥附近的平臺上 有明顯的振感 現(xiàn)場檢測還發(fā)現(xiàn) 爐頂存在著多個 噪聲源 但主蒸汽閥是主要的噪聲源 3 原因分析 311 工業(yè)噪聲的分類及其成因 據(jù)有關(guān)資料介紹 工業(yè)噪聲一般可分為機械噪 聲 氣流噪聲和電磁噪聲等等 其中與流體流動有 關(guān)的是氣流噪聲 氣流噪聲也稱空氣動力噪聲 是 由氣體流動過程中的相互作用或氣流與固體介質(zhì)間 的相互作用產(chǎn)生的 它可分為周期力激發(fā)噪聲 湍 流噪聲和噴注噪聲3種 周期力激發(fā)噪聲有明顯的突出峰值 其峰值頻 率決定于周期性激發(fā)力的頻率 湍流噪聲是氣流在流動過程中由出現(xiàn)的大小卡 門旋渦而產(chǎn)生的 每個卡門旋渦的尺寸大小決定了 所產(chǎn)生噪聲的頻率 尺寸越小 頻率越高 噴注噪聲主要是由排放的高壓氣體和周圍空氣 介質(zhì)之間的剪切作用產(chǎn)生的 高壓氣流噴出后 在 噴嘴出口出現(xiàn)混合區(qū)和過渡區(qū) 混合區(qū)產(chǎn)生了高頻 噪聲 過渡區(qū)產(chǎn)生了中頻噪聲 隨著與噴嘴距離的 增加 所產(chǎn)生的渦流尺寸越來越大 其噪聲的頻率 也越來越低 312 管內(nèi)流動狀態(tài)的判定 從資料 3 的水和水蒸汽圖表可知 在溫度 93 2007年第1期 閥 門 1994 2008 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 為541 壓力為1711 MPa時 蒸汽比容v 01019 m3 kg 額 定 工 況 下 蒸 汽 流 量Q 1 072 t h 2971778 kg s 主汽管直管內(nèi)徑實測d 373 mm 主汽閥通流部分直徑實測為d1 280 mm 由體積流量Qv 4 d2u可以計算出 主汽管 內(nèi)的蒸汽流速u 52148 m s 主汽閥處流速u1 94113 m s 蒸汽的絕熱指數(shù) 113 則氣體常數(shù) R為 R 8 31413 8 31413 181016 4611495 J kg K 式中 水蒸汽的摩爾質(zhì)量 因此 音速為 a R T 113 4611495 273 541 698182m s 主汽閥處的馬赫數(shù)為 M u a 94113 698182 01135 由計算結(jié)果可以看出 主汽管內(nèi)的蒸汽流速基 本上符合管道設計規(guī)范 但主汽閥處的流速大大超 出了設計標準 主汽閥的節(jié)流效果十分明顯 蒸汽 在管內(nèi)流動 包括主汽閥處的流動 仍屬于亞音速 流動 遠遠未達到臨界狀態(tài) 313 主汽管噪聲原因分析 根據(jù)工業(yè)噪聲的成因 主汽管的噪聲為氣流噪 聲 由于噪聲大小較平穩(wěn) 所以 該噪聲與周期力 激發(fā)無關(guān) 在管內(nèi)流動 包括主汽閥處的流動 的 蒸汽屬于亞臨界流動 且M 1 蒸汽流動就不 會產(chǎn)生沖擊波 在主蒸汽閥處不會出現(xiàn) 阻塞流 而在主蒸汽閥處汽流速度很快 高速噴出的汽流在 閥門下游必然與管內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生強烈的紊流混合 由 此也就產(chǎn)生了噴注噪聲 另外 主蒸汽閥的過度節(jié) 流 在閥門下游會產(chǎn)生大大小小的卡門旋渦 這些 卡門旋渦會脫落并與管壁產(chǎn)生作用 因此 主汽管 的噪聲應是噴注噪聲和湍流噪聲的共同作用效果 由于噴注噪聲和湍流噪聲的聲功率分別與流速的8 次方和6次方成正比 管內(nèi)流速的微小變化可以使 噪聲急劇變化 當機組負荷增大時 管內(nèi)流速變 快 噪聲會明顯變大 流體的紊流混合和卡門旋渦的脫落會產(chǎn)生向管 壁傳播的聲音 引起管壁振動 并發(fā)出噪聲 管子 既能傳播和轉(zhuǎn)移內(nèi)部的任何微弱波動引起的噪聲 又可以通過連接件將振動傳遞給鋼架和平臺 這正 是主管閥附近的平臺產(chǎn)生振動的原因 4 消除噪聲的方法 411 隔音法 首先用隔音棚將主蒸汽閥 電磁釋放閥和過熱 器安全閥包圍起來 隔音棚用薄鋼板內(nèi)襯消音材料 制成 這種方法簡便 但降噪聲效果差 而且 由 于隔音棚空間很小且無法通風 棚內(nèi)溫度很高 惡 化了安全閥的工作環(huán)境 導致安全閥壽命大大縮 短 安全閥的密封面很容易泄漏 為減小噪聲的影 響 在居民區(qū)的一側(cè)設置了隔音屏 隔音屏由018 mm厚鋁質(zhì)多孔吸聲板 防水布 50 mm厚吸聲棉 超細玻璃棉 0145 mm厚內(nèi)側(cè)隔聲板 彩鋼 板 50 mm厚多孔泡沫及外側(cè)隔聲板 波紋彩鋼 板 等組成 在隔音屏的背側(cè) 噪聲明顯變小 但 在其他方位 噪聲反而變大 412 結(jié)構(gòu)改進 從根本上解決主蒸汽閥噪聲問題 必須對主蒸 汽閥重新選型或?qū)⒅髡羝y去除 如果去除主蒸汽 閥 可能給鍋爐水壓試驗帶來一定困難 在鍋爐水 壓試驗過程中 主汽管必將注滿水 與正常運行狀 態(tài)相比 管內(nèi)介質(zhì)的水量將增加約20倍 支吊架 可能過載 此外 在鍋爐水壓試驗過程中 如果汽 機側(cè)主蒸汽閥關(guān)閉不嚴 還可能導致汽機進水 如 果更換主蒸汽閥 將增加投資 通過綜合比較 決 定去除主蒸汽閥 主蒸汽閥去除后 用以替代主蒸汽閥的連接管 材料為SA335P22 規(guī)格為 559 mm 98 mm 施工 前 主蒸汽閥兩側(cè)的主汽管采取三維定位措施 以 防主蒸汽閥切除后管道移位 采用雙V形坡口 氬 弧焊打底 電弧焊蓋面的焊接方式 焊條選用 E6015B3 焊絲選用TIG R40 焊前預熱溫度為 250 300 焊后及時進行回火處理 焊后熱處理 時 加熱速度不大于60 h 并在740 下保溫不 少于4 h 在焊接過程中 分兩次進行超聲波探傷 主蒸汽閥去除后 鍋爐水壓試驗時采用吊裝工 具將主汽管吊起 并提高汽機主蒸汽閥的檢修質(zhì) 量 打開汽機主汽閥后的疏水閥 相關(guān)的問題就可 以妥善解決 運行實踐表明 3 和4 鍋爐主蒸汽閥去除 后 不僅從根本上消除了主要噪聲源 滿足了環(huán)保 要求 同時還消除了主蒸汽管及其附近平臺的振 動 更有效地保證了機組的安全運行 04 閥 門 2007年第1期 1994 2008 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 文章編號 100225855 2007 0120041201 截止閥斷裂原因分析 程 平 上海寶冶工程技術(shù)公司 上海200942 中圖分類號 TH134 文獻標識碼 B 1 概述 某化工廠液氨球罐排放管上安裝的截止閥在使 用過程中發(fā)生端法蘭密封面泄漏 經(jīng)對法蘭抱箍處 理 繼續(xù)運行了一段時間 日前截止閥在關(guān)閉狀態(tài) 下從抱箍法蘭內(nèi)側(cè)斷開 端法蘭與閥體脫離 2 分析 1 宏觀觀察 截止閥斷裂法蘭的斷口表面有 一層白色覆蓋物 在清洗前萃取斷口表面覆蓋物供 能譜成分分析 清洗后從斷口表面形貌可見 斷裂 起源于法蘭的內(nèi)圈 由內(nèi)向外開裂 斷裂源區(qū)寬約 3 mm 此外 在法蘭的內(nèi)圈與斷裂源區(qū)對應的部 位 觀察到二處明顯的腐蝕坑及一個約20 mm 20 mm的鑄造缺陷 2 顯微分析 應用掃描電鏡和電子探針觀察 與分析法蘭斷口表面形貌及缺陷區(qū)域顯微成分 應 用金相顯微鏡觀察法蘭的組織 清洗后從法蘭斷裂源區(qū)斷口形貌可見法蘭的內(nèi) 圈表面沿晶腐蝕開裂 斷面上有約1 mm長的二次 裂紋 斷裂源區(qū)附近平坦的區(qū)域?qū)挾燃s為3 mm 長度約占圓周的1 5 法蘭裂紋擴展區(qū)域斷口呈解 理斷裂形式 清洗前萃取的斷口表面覆蓋物 經(jīng)能譜定性分 析結(jié)果主要富集的是Ca Si Mg Fe及P等元 素 與截止閥外表面涂料的成分接近 法蘭正常部位的金相及電子金相組織可見石墨 呈片狀 是典型的灰鑄鐵顯微組織 在灰鑄鐵中珠 光體呈細片狀 有少量的磷共晶 法蘭內(nèi)圈鑄造缺陷截面電子金相組織可見 在 鑄造缺陷內(nèi)鑲嵌大量的砂粒 砂粒能譜定性分析結(jié) 果顯示 這些砂粒主要富集的是Si Al Mn Ca K Na Mg Fe及P等元素 3 討論 法蘭正常部位的石墨呈片狀 珠光體呈細片 狀 有少量的磷共晶 是典型的灰鑄鐵顯微組織 金相組織顯示截止閥的化學成分及鑄造冷卻工藝沒 有異常 截止閥法蘭內(nèi)圈缺陷夾雜的砂粒是鑄造時 鑄模砂混進去引起的 說明截止閥生產(chǎn)過程管理不 精細 斷裂的截止閥端法蘭內(nèi)圈 有將近占圓周 1 5的長度其寬度約為3 mm的平坦區(qū)域 低倍顯 微觀察有隱約可見的疲勞紋 這是該法蘭斷裂起始 區(qū)域 掃描電鏡觀察斷裂源區(qū)斷口形貌 有沿晶腐 蝕開裂的特征 從斷口低倍與高倍顯微形貌特征推 測 截止閥法蘭斷裂是腐蝕疲勞引起的 腐蝕疲勞 斷口所占的比率很小 其他斷口都是瞬間斷裂引起 的 說明截止閥長期運行由于腐蝕等原因引起材料 的劣化 承受不了液氨球罐壓力的波動 4 結(jié)語 截止閥端法蘭斷裂是因為該閥長期使用 材料劣 化 承受不了液氨球罐壓力的波動 以腐蝕疲勞為 源 造成了瞬間斷裂 這一方面說明制造質(zhì)量有問 題 使閥門存在制造缺陷 另一方面說明用戶對設備 缺乏管理和維護 無設備使用壽命期限概念 最終導 致截止閥斷裂 閥門使用過程中 既要不斷維護 保 證其正常工作 又要定期更換 避免其出現(xiàn)事故 收稿日期 20061071 22 5 結(jié)語 消除 或降低 工業(yè)噪聲是一項較為復雜的工 程 只有弄清噪聲產(chǎn)生的真正原因 才能采取切實 有效的措施 在管道和系統(tǒng)設計時 不僅要使直管 本身的設計合乎規(guī)范 還要考慮閥門等管道附件的 狀況 避免管道附件設計 選型不當而影響整個系 統(tǒng)的運行 參考文獻 1 江宏俊 流體力學 M 北京 高等教育出版社 1985 2 沈維道 鄭佩芝 蔣淡安 工程熱力學 M 北京 高等 教育出版社 1983 3 任文堂 趙劍