主蒸汽阀噪声原因分析及处理.pdf

文章编号 100225855 2007 0120039202 作者简介徐远鹏1968 - ,男,江苏如皋人,高级工程师,从事火电厂锅炉检修的技术管理工作。 主蒸汽阀噪声原因分析及处理 徐远鹏 华能南通电厂,江苏 南通226003 摘要 通过对噪声产生机理的分析,确定了主蒸汽阀噪声的生成原因,介绍了几种降噪措施 及其效果,对电厂管道设计和阀门选型具有借鉴意义。 关键词 主蒸汽阀;噪声;降噪对策 中图分类号 TH134 文献标识码 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 s 1 概述 华能南通电厂3 和4 锅炉是亚临界自然循环 煤粉锅炉,额定蒸发量为1 072 t/ h ,过热器出口 温度为541℃,过热器出口压力为1711 MPa ,采 用一次中间再热系统,配用350 MW汽轮发电机 组。在锅炉出口的主汽管上,顺介质流向,紧密布 置有2只过热器出口安全阀, 1只电磁释放阀和1 只主蒸汽阀。主蒸汽阀为平行闸阀,主蒸汽管材料 为SA335P22 ,规格为 557 mm91 mm。在锅炉 顶部,集中布置有8只一级减温水调节阀和8只二 级减温水调节阀,每只调节阀前后均有隔离阀。 2 噪声状况 在3 机组和4 机组调试期间,炉顶存在着异 常噪声,这种噪声随着机组负荷的变化而变化。通 过长时间观测确定,机组负荷低于280 MW时, 炉顶没有异常噪声。机组负荷大于300 MW时, 炉顶噪声随着机组负荷的增大而愈加强烈。机组负 荷大于340 MW时,在主蒸汽阀附近1 m范围内, 噪声达到130 dB左右,且主蒸汽阀附近的平台上 有明显的振感。现场检测还发现,炉顶存在着多个 噪声源,但主蒸汽阀是主要的噪声源。 3 原因分析 311 工业噪声的分类及其成因 据有关资料介绍,工业噪声一般可分为机械噪 声、气流噪声和电磁噪声等等。其中与流体流动有 关的是气流噪声。气流噪声也称空气动力噪声,是 由气体流动过程中的相互作用或气流与固体介质间 的相互作用产生的,它可分为周期力激发噪声、湍 流噪声和喷注噪声3种。 周期力激发噪声有明显的突出峰值,其峰值频 率决定于周期性激发力的频率。 湍流噪声是气流在流动过程中由出现的大小卡 门旋涡而产生的。每个卡门旋涡的尺寸大小决定了 所产生噪声的频率,尺寸越小,频率越高。 喷注噪声主要是由排放的高压气体和周围空气 介质之间的剪切作用产生的。高压气流喷出后,在 喷嘴出口出现混合区和过渡区,混合区产生了高频 噪声,过渡区产生了中频噪声。随着与喷嘴距离的 增加,所产生的涡流尺寸越来越大,其噪声的频率 也越来越低。 312 管内流动状态的判定 从资料[3]的水和水蒸汽图表可知,在温度 932007年第1期 阀 门 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 为541℃、压力为1711 MPa时,蒸汽比容v 01019 m3/ kg。额 定 工 况 下,蒸 汽 流 量Q 1 072 t/ h 2971778 kg/ s。主汽管直管内径实测d 373 mm ,主汽阀通流部分直径实测为d1 280 mm。 由体积流量Qv π 4 d2u可以计算出,主汽管 内的蒸汽流速u 52148 m/ s ,主汽阀处流速u1 94113 m/ s ,蒸汽的绝热指数κ 113 ,则气体常数 R为 R 8 31413 μ 8 31413 181016 4611495 J/ kg K 式中 μ 水蒸汽的摩尔质量 因此,音速为 aκR T1134611495273 541 698182m/ s 主汽阀处的马赫数为 M u a 94113 698182 01135 由计算结果可以看出,主汽管内的蒸汽流速基 本上符合管道设计规范,但主汽阀处的流速大大超 出了设计标准,主汽阀的节流效果十分明显。蒸汽 在管内流动,包括主汽阀处的流动,仍属于亚音速 流动,远远未达到临界状态。 313 主汽管噪声原因分析 根据工业噪声的成因,主汽管的噪声为气流噪 声。由于噪声大小较平稳,所以,该噪声与周期力 激发无关。在管内流动包括主汽阀处的流动的 蒸汽属于亚临界流动,且M 1 ,蒸汽流动就不 会产生冲击波,在主蒸汽阀处不会出现“阻塞流” 。 而在主蒸汽阀处汽流速度很快,高速喷出的汽流在 阀门下游必然与管内介质产生强烈的紊流混合,由 此也就产生了喷注噪声。另外,主蒸汽阀的过度节 流,在阀门下游会产生大大小小的卡门旋涡,这些 卡门旋涡会脱落并与管壁产生作用。因此,主汽管 的噪声应是喷注噪声和湍流噪声的共同作用效果。 由于喷注噪声和湍流噪声的声功率分别与流速的8 次方和6次方成正比,管内流速的微小变化可以使 噪声急剧变化。当机组负荷增大时,管内流速变 快,噪声会明显变大。 流体的紊流混合和卡门旋涡的脱落会产生向管 壁传播的声音,引起管壁振动,并发出噪声。管子 既能传播和转移内部的任何微弱波动引起的噪声, 又可以通过连接件将振动传递给钢架和平台,这正 是主管阀附近的平台产生振动的原因。 4 消除噪声的方法 411 隔音法 首先用隔音棚将主蒸汽阀、电磁释放阀和过热 器安全阀包围起来。隔音棚用薄钢板内衬消音材料 制成。这种方法简便,但降噪声效果差。而且,由 于隔音棚空间很小且无法通风,棚内温度很高,恶 化了安全阀的工作环境,导致安全阀寿命大大缩 短,安全阀的密封面很容易泄漏。为减小噪声的影 响,在居民区的一侧设置了隔音屏。隔音屏由018 mm厚铝质多孔吸声板、防水布、50 mm厚吸声棉 超细玻璃棉、0145 mm厚内侧隔声板彩钢 板、50 mm厚多孔泡沫及外侧隔声板波纹彩钢 板等组成。在隔音屏的背侧,噪声明显变小。但 在其他方位,噪声反而变大。 412 结构改进 从根本上解决主蒸汽阀噪声问题,必须对主蒸 汽阀重新选型或将主蒸汽阀去除。如果去除主蒸汽 阀,可能给锅炉水压试验带来一定困难。在锅炉水 压试验过程中,主汽管必将注满水,与正常运行状 态相比,管内介质的水量将增加约20倍,支吊架 可能过载。此外,在锅炉水压试验过程中,如果汽 机侧主蒸汽阀关闭不严,还可能导致汽机进水。如 果更换主蒸汽阀,将增加投资。通过综合比较,决 定去除主蒸汽阀。 主蒸汽阀去除后,用以替代主蒸汽阀的连接管 材料为SA335P22 ,规格为 559 mm98 mm。施工 前,主蒸汽阀两侧的主汽管采取三维定位措施,以 防主蒸汽阀切除后管道移位。采用双V形坡口、氩 弧焊打底、电弧焊盖面的焊接方式,焊条选用 E6015B3 ,焊丝选用TIG - R40。焊前预热温度为 250～300℃,焊后及时进行回火处理。焊后热处理 时,加热速度不大于60℃/ h ,并在740℃ 下保温不 少于4 h。在焊接过程中,分两次进行超声波探伤。 主蒸汽阀去除后,锅炉水压试验时采用吊装工 具将主汽管吊起,并提高汽机主蒸汽阀的检修质 量,打开汽机主汽阀后的疏水阀,相关的问题就可 以妥善解决。 运行实践表明, 3 和4 锅炉主蒸汽阀去除 后,不仅从根本上消除了主要噪声源,满足了环保 要求,同时还消除了主蒸汽管及其附近平台的振 动,更有效地保证了机组的安全运行。 04 阀 门 2007年第1期 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 文章编号 100225855 2007 0120041201 截止阀断裂原因分析 程 平 上海宝冶工程技术公司,上海200942 中图分类号 TH134 文献标识码 B 1 概述 某化工厂液氨球罐排放管上安装的截止阀在使 用过程中发生端法兰密封面泄漏,经对法兰抱箍处 理,继续运行了一段时间。日前截止阀在关闭状态 下从抱箍法兰内侧断开,端法兰与阀体脱离。 2 分析 1宏观观察 截止阀断裂法兰的断口表面有 一层白色覆盖物,在清洗前萃取断口表面覆盖物供 能谱成分分析。清洗后从断口表面形貌可见,断裂 起源于法兰的内圈,由内向外开裂,断裂源区宽约 3 mm。此外,在法兰的内圈与断裂源区对应的部 位,观察到二处明显的腐蚀坑及一个约20 mm20 mm的铸造缺陷。 2显微分析 应用扫描电镜和电子探针观察 与分析法兰断口表面形貌及缺陷区域显微成分,应 用金相显微镜观察法兰的组织。 清洗后从法兰断裂源区断口形貌可见法兰的内 圈表面沿晶腐蚀开裂,断面上有约1 mm长的二次 裂纹,断裂源区附近平坦的区域宽度约为3 mm , 长度约占圆周的1/ 5。法兰裂纹扩展区域断口呈解 理断裂形式。 清洗前萃取的断口表面覆盖物,经能谱定性分 析结果主要富集的是Ca、Si、Mg、Fe及P等元 素,与截止阀外表面涂料的成分接近。 法兰正常部位的金相及电子金相组织可见石墨 呈片状,是典型的灰铸铁显微组织,在灰铸铁中珠 光体呈细片状,有少量的磷共晶。 法兰内圈铸造缺陷截面电子金相组织可见,在 铸造缺陷内镶嵌大量的砂粒。砂粒能谱定性分析结 果显示,这些砂粒主要富集的是Si、Al、Mn、Ca、 K、Na、Mg、Fe及P等元素。 3 讨论 法兰正常部位的石墨呈片状,珠光体呈细片 状,有少量的磷共晶,是典型的灰铸铁显微组织, 金相组织显示截止阀的化学成分及铸造冷却工艺没 有异常。截止阀法兰内圈缺陷夹杂的砂粒是铸造时 铸模砂混进去引起的,说明截止阀生产过程管理不 精细。断裂的截止阀端法兰内圈,有将近占圆周 1/ 5的长度其宽度约为3 mm的平坦区域,低倍显 微观察有隐约可见的疲劳纹,这是该法兰断裂起始 区域。扫描电镜观察断裂源区断口形貌,有沿晶腐 蚀开裂的特征。从断口低倍与高倍显微形貌特征推 测,截止阀法兰断裂是腐蚀疲劳引起的。腐蚀疲劳 断口所占的比率很小,其他断口都是瞬间断裂引起 的,说明截止阀长期运行由于腐蚀等原因引起材料 的劣化,承受不了液氨球罐压力的波动。 4 结语 截止阀端法兰断裂是因为该阀长期使用,材料劣 化,承受不了液氨球罐压力的波动,以腐蚀疲劳为 源,造成了瞬间断裂。这一方面说明制造质量有问 题,使阀门存在制造缺陷。另一方面说明用户对设备 缺乏管理和维护,无设备使用寿命期限概念,最终导 致截止阀断裂。阀门使用过程中,既要不断维护,保 证其正常工作,又要定期更换,避免其出现事故。 收稿日期 20061071 22 5 结语 消除或降低工业噪声是一项较为复杂的工 程,只有弄清噪声产生的真正原因,才能采取切实 有效的措施。在管道和系统设计时,不仅要使直管 本身的设计合乎规范,还要考虑阀门等管道附件的 状况,避免管道附件设计、选型不当而影响整个系 统的运行。 参考文献 〔1〕 江宏俊.流体力学 〔M〕.北京高等教育出版社, 1985. 〔2〕 沈维道,郑佩芝,蒋淡安.工程热力学 〔M〕.北京高等 教育出版社, 1983. 〔3〕 任文堂,赵剑,李孝宽.工业噪声和振动控制技术 〔M〕. 北京冶金工业出版社, 1987. 〔4〕 王文奇,江珍泉.噪声控制技术 〔M〕.北京化学工业出 版社. 1987. 〔5〕 张沛商,姜亢.噪声控制工程 〔M〕.北京经济学院出版 社. 1991. 〔6〕 国家劳动总局.噪声控制技术 〔M〕.上海上海科学技术 出版社. 1983.收稿日期 20061081 03 142007年第1期 阀 门 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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