孫希文,牛冠軍（中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司,濟(jì)南　250000）

管道中汽（氣）錘分析的重要性

孫希文,牛冠軍
（中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司,濟(jì)南250000）

摘要：汽（氣）錘是指在閥門(mén)打開(kāi)或關(guān)閉時(shí)，汽（氣）流沖擊管道，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的汽（氣）錘現(xiàn)象。汽（氣）錘力是指彎頭對(duì)之間因閥門(mén)的快速打開(kāi)或是關(guān)閉引起的壓力不平衡造成的不平衡力。對(duì)于一些高壓汽（氣）體輸送系統(tǒng)，因在閥門(mén)瞬間打開(kāi)或關(guān)閉時(shí)壓力差較大，作用在彎頭上的汽（氣）錘力也較大，因此在管道應(yīng)力分析時(shí)是必不可少的分析內(nèi)容。本文主要針對(duì)火電廠的主蒸汽、再熱蒸汽、高壓空氣、氣體的火炬泄放系統(tǒng)等管道系統(tǒng)中的氣錘力的重要性和對(duì)管道的影響。

關(guān)鍵詞：主蒸汽;再熱蒸汽;高壓空氣;氣體的火炬泄放

1　對(duì)電廠主蒸汽、再熱蒸汽管線(xiàn)的汽錘分析

主蒸汽管道、再熱蒸汽管道熱段、再熱蒸汽管道冷段、高壓給水管道是火電廠四大管道，也是設(shè)計(jì)院主要進(jìn)行管道應(yīng)力分析的管道系統(tǒng)，也是確保電廠可正常運(yùn)營(yíng)的管道系統(tǒng)。

目前火電廠的管道應(yīng)力計(jì)算中除了進(jìn)行靜態(tài)分析外，為了確保管道管道安全，還要對(duì)主蒸汽管道、再熱蒸汽管道地段進(jìn)行動(dòng)態(tài)載荷分析，分析主汽門(mén)或再熱主汽門(mén)突然關(guān)閉時(shí)引起的氣錘力作用到管道上的狀況。由于主蒸汽管道設(shè)計(jì)溫度較高，為保證管道具有足夠的柔性，從而吸收由于熱漲、冷縮及端點(diǎn)位移產(chǎn)生的變形，大量使用了彈簧吊架。尤其是在大容量高參數(shù)發(fā)電機(jī)組中，汽機(jī)跳閘是關(guān)閉主汽閥和再熱蒸汽閥時(shí)間很短，一般都在0.15S，因此會(huì)在主蒸汽和再熱蒸汽熱段中產(chǎn)生較為嚴(yán)重的汽錘現(xiàn)象。對(duì)于再熱蒸汽冷段，由于閥門(mén)處在管道上游，且中間還有汽機(jī)透平，雖然閥后流體壓力聚減，壓力波向下游傳遞，改變了管道內(nèi)的壓力分布，進(jìn)而彎頭對(duì)之間形成了不平衡力，對(duì)管道有一定的沖擊力，但該氣錘力很小，一般都在2ton以下，可以不考慮氣錘力對(duì)其的影響。

汽錘力屬于沖擊載荷，其作用時(shí)間很短，但瞬時(shí)沖擊力可達(dá)到很大的數(shù)值，對(duì)管系可造成比較嚴(yán)重的破壞，必須加以防范。進(jìn)行汽錘分析時(shí)，應(yīng)得到動(dòng)態(tài)工況下管道中各支架的應(yīng)力水平、力的大小，必須滿(mǎn)足規(guī)范要求；并選擇合適的阻尼器。

當(dāng)前，在600MW和1000MW的機(jī)組中，都需要考慮汽錘力載荷的影響。300MW及以下裝機(jī)容量很少考慮，但現(xiàn)在很多300MW的機(jī)組也采用超臨界機(jī)組，因此同樣需要考慮汽錘的影響。

進(jìn)行汽錘載荷工況的分析時(shí)，得到關(guān)鍵管段的汽錘力是非常關(guān)鍵的，現(xiàn)一般多采用專(zhuān)業(yè)軟件來(lái)進(jìn)行分析?，F(xiàn)在市面上可進(jìn)行汽錘分析的軟件有AFTImpulse、Fluent、Ρipenet等，東北電力院也專(zhuān)門(mén)對(duì)以上進(jìn)行了比較，從計(jì)算得出汽錘力無(wú)論是從變化趨勢(shì)上還是絕對(duì)值大小上，AFTImpulse與Fluent比較接近；而Ρipenet計(jì)算得出的汽錘力比較大，結(jié)果非常保守，且汽錘力的變化趨勢(shì)沒(méi)有一定的規(guī)律，其計(jì)算方法有待修改更新。依據(jù)得出的汽錘力在CAESARⅡ中選擇的阻尼器，以及在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)情況來(lái)看，AFTImpulse軟件計(jì)算的結(jié)果是比較準(zhǔn)確和可靠地，也與大量的運(yùn)行電廠的實(shí)際運(yùn)行方案相符。

2　對(duì)火炬泄放系統(tǒng)的汽錘分析

火炬系統(tǒng)是用來(lái)處理石油化工廠、煉油廠、化工廠及其其它工廠或裝置無(wú)法回收和再加工的可燃和可燃有毒氣體及蒸汽的特殊燃燒設(shè)施，是保證工廠安全生產(chǎn)、減少環(huán)境污染的一項(xiàng)重要措施。

火炬系統(tǒng)可分為高架火炬和地面火炬，一般會(huì)根據(jù)火炬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)處理量、工廠所處的地理?xiàng)l件以及環(huán)境保護(hù)要求等因素，決定采用何種形式的火炬。

排放氣介質(zhì)狀態(tài)中的任何一種情況，需設(shè)置一根總管。若是上述多種情況的組合，則要分開(kāi)設(shè)置干火炬系統(tǒng)和濕火炬系統(tǒng)。當(dāng)兩股物流相混可能產(chǎn)生固體或者發(fā)生危險(xiǎn)的物理或化學(xué)變化時(shí)，兩股物料要分開(kāi)。如果由于兩股混合使管道尺寸加大很多或使管道材質(zhì)升級(jí)時(shí)，兩股物料也要分開(kāi)。一般排放的液體與排放的氣體是分開(kāi)的，對(duì)于帶有液體的物流要設(shè)分離設(shè)施和單獨(dú)的液相系統(tǒng)。

含易液化的熱氣體沿著管道的傳輸時(shí)，易液化的介質(zhì)就會(huì)隨著熱量的散失而逐漸形成液滴并在管底形成液柱，若管道沿線(xiàn)設(shè)置的分離器不合理，就會(huì)在某段形成柱塞，從而形成柱塞流。此時(shí)就要對(duì)管道按照柱塞流的方法進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)然如管線(xiàn)中液化量很小或沒(méi)有形成兩相流，安全閥起跳時(shí)，這就需要對(duì)管道進(jìn)行汽錘分析。

對(duì)于不含易液化介質(zhì)的氣體火炬系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，安全閥突然起跳，介質(zhì)從很高的壓力噴出到幾乎接近大氣壓的管道中，其流速是非?？斓?，其對(duì)管道的沖擊力就需要考慮。這也就是氣錘力對(duì)管道的沖擊。管廊上的直管道一般比較長(zhǎng)，管道兩端的壓差和流速都比較大，因此氣錘力對(duì)管道的偶然載荷就必須考慮。

3　對(duì)高壓空氣管線(xiàn)的氣錘分析

空氣管線(xiàn)在化工廠、石化廠、電廠等是非常常見(jiàn)的，但很多都是純的氮?dú)?、氫氣、氧氣等。多?shù)情況下都是常壓輸送，因此一般都不考慮氣錘力對(duì)管線(xiàn)的沖擊載荷。但對(duì)于高壓空氣管線(xiàn)壓力達(dá)到20Mpа的空氣管線(xiàn)，閥門(mén)打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)間又非常短的系統(tǒng)，空氣對(duì)管道的沖擊力是非常大的，當(dāng)管徑在300mm時(shí)，有些管道的氣錘力可達(dá)20ton，管道應(yīng)力分析選擇支架時(shí)，要選用門(mén)式支架，最好不用單柱支撐的方式，因?yàn)楫?dāng)較大氣錘力沖擊管道時(shí)會(huì)造成嚴(yán)重的晃動(dòng)。

4　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電力、石化、化工行業(yè)為了確保電廠、化工廠可以安全的運(yùn)行，管道應(yīng)力分析時(shí)對(duì)汽錘力的沖擊載荷的重視程度在逐漸的提高。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)項(xiàng)目，雖然考慮了汽錘力的影響，但也都是講姜最大汽錘力直接帶入到管道中進(jìn)行靜態(tài)分析；而國(guó)外都是將汽錘力沿時(shí)程的變化曲線(xiàn)導(dǎo)入到管道模型中進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，盡量與工廠實(shí)際運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)相一致。我相信，隨著國(guó)內(nèi)對(duì)動(dòng)態(tài)分析的認(rèn)識(shí)的逐漸加深，和先進(jìn)計(jì)算手段的不斷引入，國(guó)內(nèi)很快也會(huì)將動(dòng)態(tài)分析納入進(jìn)來(lái)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張偉福,高建忠,王長(zhǎng)安,楊專(zhuān)釗,杜中強(qiáng).川氣東送管道工程用國(guó)產(chǎn)X70鋼級(jí)直縫埋弧焊管的性能分析[J].鋼管,2011(02).

[2]趙新好,姚安林,史爽,蒲宏興,孫傳青.基于熵權(quán)屬性識(shí)別理論的管道第三方破壞可能性研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2011(04).

[3]閆興.1250噸廣義肘桿式冷鍛壓力機(jī)設(shè)計(jì)及仿真[D].燕山大學(xué),2012.

作者簡(jiǎn)介：孫希文(1981-)，女，山東即墨人，本科，研究方向：管道設(shè)計(jì)、管道機(jī)械。