引言
某公司装配两套由哈尔滨电气引进美国GE技术生产的F级燃气－蒸汽联合循环机组，采用分轴布置，一套联合循环发电机组由一台燃气轮机、一台余热锅炉、一台蒸汽轮机和两台发电机及相关设备组成。余热锅炉为杭州锅炉有限公司生产的三压、再热、卧式、无补燃、自身除氧、带锅炉雨棚、自然循环余热锅炉，型号为NG-S109FB-R，主要由进口烟道、锅炉本体（受热面模块和钢架护板）、出口烟道及烟囱、高中低压锅筒、除氧器、管道、平台扶梯等部件以及高中压给泵、低省再循环泵、SCR脱硝系统、排污扩容器等辅助设备组成。锅炉本体受热面采用模块结构，由垂直布置的顺列和错列螺旋鳍片管和进出口集箱组成，以获得最佳的传热效果和最低的烟气压降。燃气轮机排出的烟气通过进口烟道进入锅炉本体，依次水平横向冲刷各受热面模块，再经出口烟道由烟囱排出。
汽轮机旁路系统分为高、中、低压三级旁路，其中高/中压旁路为串联方式，即高压蒸汽通过高压旁路后，与高排蒸汽汇合流入冷再，冷再蒸汽与中压过热蒸汽混合后由上部进入再热器1内被初次加热，并在再热器1底部出口汇集，通过喷水减温器减温，然后从再热器2底部进入，被加热到最终设计温度，在再热器2上部出口汇集后通过蒸汽管道流出，再经过中压旁路，使蒸汽进入凝汽器；低压旁路是将低压过热器加热后的蒸汽直接排入凝汽器中。
1 振动现象
某日机组在冷态启动过程中，燃气轮机点火约30分钟后，再热管道处温度、压力开始上升，就地检查发现在余热锅炉底部再热器1至再热器2管道存在肉眼可见振动，听到低沉“咚咚”声音，随时间推移振动位置由再热器1出口管道向再热器2进口管道处移动，振动较为明显。
经过观察，随后多次冷态启动均有同样情况发生，温热态启动较好，振动不明显，而且两台余热锅炉存在同样情况，振动位置、程度和时间节点基本一致。
2 原因分析
2.1 水击形成的原因及现象
无论是输送过热蒸汽还是饱和蒸汽的管道，在系统投运初期或运行时，如果疏水不充分或不及时，蒸汽中就会带有凝结水。如果此时突然开启蒸汽汽源阀门，携带着凝结水的蒸汽会流动起来，形成波浪，凝结水较多时会形成水堵。水堵被高速汽流推动前进，由于水的惯性和不可压缩性，撞击管壁、弯头、阀门等管道附件，引起管道中流动的流体压力发生反复的、剧烈的周期性变化，这种现象称为水击，又称“水锤”。水堵一旦撞击到管道的拐弯处或阀门位置时，流动瞬间停止，释放出动能，造成压力变化，形成冲击波，冲击管道和阀门，造成直接水击。
蒸汽管道发生以上水击事故时，主要的现象有如下几个：一是管道系统发生强烈振动，管道本体、支架（管托）均存在振动，水击越强烈振动也越强烈；二是管道内发出刺耳的声响，但不同情况下的水击时发出的声响各不相同，如投运初期暖管或疏水不足的管道多阶段性地发出“咚咚”的声响，而蒸汽带水进入管道则多发出类似警报声的连续啸叫声，停运后的蒸汽管道发生水击时多阶段性的发出金属敲击般的尖锐声响。
2.2 再热管道振动的主要因素分析
从现场振动现象判断，再热器1至再热器2管道振动为管道内部有水，水被蒸汽推动撞击管壁、弯头等，造成压力反复的、剧烈的周期性变化，引起管道振动，对于管道内部有水原因分析如下：
高旁减温水内漏，减温水从高排进入再热器，导致再热管道积水。调阅数据发现管道振动时，高旁至再热器各部温度均在120℃以上，呈逐步上升趋势，且沿途3个管道疏水均已开启13分钟左右，均未有疏水罐液位高报警，排除高旁减温水内漏导致再热管道振动的可能性。
中包水位过高满水，水经中压过热器进入再热器。调阅几次机组启动曲线，从锅炉上水开始到振动发生这段时间内均未发现中压汽包满水现象，排除中包水位过高导致再热管道振动的可能性。
中压过热蒸汽压力过高或高旁开度过大，进入再热器后冷凝成水，升压太快造成管道冲击。调阅数据发现管道振动时，中压过热器出口压力0.06MPa，温度111℃，而再热器入口压力0.12MPa，温度123℃，实际升压不快，因此排除中压过热蒸汽压力过高或高旁开度过大导致再热管道振动的可能性。
再热减温水内漏，减温水进入再热管道内，内部有蒸汽流动时引发管道振动。从现场布置分析，减温水接在再热器1至再热器2上升管道处，若内漏造成管道振动，水往下流动，蒸汽向上流动，振动位置会出现在上升管道弯头处，经过试验，关闭两个再热减温水手动门后启动过程中仍振动，排除再热减温水内漏导致再热管道振动的可能性。
再热器1至再热器2管道内部有水疏不尽，如停炉后放水不充分、启动过程中冷凝水来不及疏尽、疏水管道有存水等情况，内部有蒸汽流动时引发管道振动。从现场布置看，再热器1出口管道疏水与再热器2进口管道疏水汇集在一根母管上之后经过约1米多高度上升管进入定排扩容器（如图1所示），存在疏水不畅或疏水管道积水的可能性。此外，再热器2进口管道疏水接在蒸汽管道进口侧，而末端无疏水点，会造成管道内水疏不尽的情况发生，蒸汽推动水平管道内部存水引起管道冲击振动。
图1 改造前再热管道布置示意图
燃机点火后，高压系统先起压，再热器较晚，高压系统疏水与再热管道疏水均接至定排，因此存在高压系统疏水经定排再经再热管道疏水反汽水进入再热器1至再热器2管道内部，待再热器内部有蒸汽流动时，引起管道振动。调阅启动曲线发现启动过程中再热器2进口管道疏水温度相比于再热器1出口管道温度和再热器2进口管道温度有先一步上升现象，且此时高压系统压力也呈同步上升趋势，分析认为此现象为高压系统疏水反至再热管道导致。
3 解决方案
针对再热管道内部的水来不及疏尽的问题，提出在再热器1出口管道疏水和再热器2进口管道疏水处后加装对地排放（如图2所示），便于直观了解再热管道疏水是否排尽，消除疏水不畅的问题，同时通过开启对地放水阀门并关闭至定排疏水阀门可解决高压系统疏水反汽水进入再热器1至再热器2管道内部。该方案经过与杭州锅炉厂家沟通，得到了厂家的认可。
图2 改造后再热管道布置示意图
改造后，余热锅炉冷态启动前关闭至定排疏水阀门并开启对地放水阀门，提前将再热器1至再热器2管道内部存水放尽。机组启动过程中，观察再热管道处温度和压力，待升温升压时就地观察对地放水情况，待水放尽后关闭对地放水阀门同时开启至定排疏水阀门，继续后续启动操作。
经过多次冷温热态启动验证，改造后，消除了两台余热锅炉启动过程中再热管道振动情况，避免了再热管道变形、拉裂而导致人员伤亡、设备损坏和环境污染的安全隐患，保障了机组安全启动。
4 结束语
针对此类异常现象，通过对某公司余热锅炉再热管道振动原因进行分析，查找出振动产生的根本原因，并提出解决方案，解决了两台余热锅炉启动过程中再热管道振动的情况，避免了再热管道变形、拉裂而导致人员伤亡、设备损坏和环境污染的严重后果，消除了机组长期存在的安全隐患，对于同类型电厂具有极大的借鉴意义。
参考文献：
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作者简介：张俊宏（1990-），男（汉族），江苏如皋人，工程师，学士，中共党员，主要从事燃气蒸汽轮机联合循环集控运行工作。