中国联合工程公司 浙江省杭州市 310052
摘要：电厂汽水管道系统发生振动故障容易引发多种故障，增加电厂系统运行的风险，本文分析管道振动的危害和引起振动的原因，针对性地提出解决措施。
关键词：电厂汽水管道；振动；危害；原因；对策
1引言
随着我国经济的发展，人们对电力需求越来越多，要求也越来越高，而且近年来电力技术发展迅速，发电机组的容量和参数有了大幅度的提升，越来越多的新技术和新设备原因在电厂系统中，使得电厂系统的设备种类和构造越来越复杂，导致其发生汽水管道振动的原因也更加复杂，管道振动是电厂汽水系统中的常见问题，容易引起支吊架失效，并可加速管道的磨损，造成管道及设备穗槐，影响系统的运行安全，所以需要研究汽水管道系统振动的危害及原因，并寻找解决的措施。
2电厂汽水管道振动的危害
在电厂的发电机组系统中存在着大量的汽水管道，其中的介质多为蒸汽和水，且介质的压力和温度随时变化，系统对管道的密封和承载能力有着较高的要求。而在系统的运行过程中，由于管道外界环境或者内部介质等原因，容易引起管道的振动，导致管道内的应力发生变化，而连接管道的转动机械部件也会受到振动的影响，加快磨损或者造成机械设备的损坏，从而影响整个电力系统的正常运行。不仅如此，由于汽水管道长期处于振动状态，其管道内部的应力处于交变的状况，容易减少管道的使用寿命，也会增加电力系统运行的安全风险，严重时会导致电力系统的停机事故。
3电厂汽水管道振动的原因分析
3.1管道振动的微分方程
汽水管道的振动通常是由于与之连接的支吊架失效或者部分失效而造成的，当管道振动时，其在管道节点的稳定平衡位置附近作微幅振动，其振动微分方程可用拉格朗日方程来进行推导，一个由N个质点组成的管道系统，其运动方程则可以用矩阵形式来表示见公式3.1：
（3.1）
其中M、C、K分别为质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；F为激振力[1]。
3.2管道振动的影响因素
由于汽水管道系统的运行与支吊架系统以及系统中的动力泵、阀门、法兰等组件有关系，其组成一个复杂的机械结构系统，根据管道振动的微分方程可知，管道系统在外界的或者内部的激振力的作用下会发生振动，且激振力与结构系统和流体系统这两个系统有关系。激振力通常有自身激振力和系统外激振力两种，前者主要跟与管道连接的转动设备的振动、管道内部的介质发生参数变化、内部介质通过泄压阀、内部介质发生脉动作用等有关系；而后者主要与地震载荷、风载荷和雪载荷等气候因素有关。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.3管道振动的原因
3.3.1转动设备的不平衡转动
与汽水管道相连接的转动设备如果出现不平衡的现象就容易引发管道发生振动，此外，由于转动设备的基础设施设计不合理出现不平衡的现象，转动设备的不平衡振动就会通过其基础设施传递给汽水管道，从而引起管道的振动[2]。
3.3.2管道内部流体问题
管道内的蒸汽或水等介质在管道内进行流动时，如果因为管道的弯头设置、运行方向的设置、以及管道本身对流体的作用等因素，导致介质在流动过程中的受力情况发生改变，如流动过快，或者流经减压阀、安全阀等元件时，介质会对管道和元件产生反作用力，导致其内部手里不稳定从而引起管道振动。
3.3.3管道内部的脉动作用
介质在管道内进行流动的动力来源于动力泵，动力泵给管道内的介质加压促使其进行流动，但是当其加压方式不连续，造成管道内介质的压力和流速不稳定时，就会产生脉动作用，此脉动作用流经弯头、阀门等部位时就会产生激振力，从而导致管道发生振动。
3.3.4水锤引起的振动
在电厂的汽水管道系统中，当机组的运行参数发生变化需要进行调节时，或者泵、阀门等发生故障时，通常需要对某些阀门进行开启或关闭的操作，而当此操作进行时，管道内的介质流动速度会在此阀门处发生变化导致介质压力形成压缩波和膨胀波，并且在管道内部进行周期性的递减，此现象称之为水锤，当水锤现象发生时，管道内的介质压力会发生较大的变化，容易引发管道晃动，且在特定的频率下会出现管道的共振现象。
4防止电厂汽水管道系统振动的有效对策
4.1调整管道的固有频率
管道的固有频率与多种因素有关，一是与其自身的径长比和管壁厚度有关，通常其固有频率会随着管道径长比的减少而降低，即同等直径的管道，其长度越长就越容易发生振动，而管壁越薄则越容易发生振动；二是管道内介质的流速超过临界流速时，管道系统的刚度会下降，管道的固有频率也会随之下降。所以需要采取措施对管道的固有频率进行调节，将其频率控制在一个合理的范围之内。
4.2小角度转弯法
正如前文所述，在管道的弯头部位如果处理不当就容易使管道内的介质产生脉动作用，为了削弱因此产生的激振力，需要在汽水管道的设计布置阶段，尽可能地让管道的走向平直，减少弯头的设计，此外，在需要设置弯头的位置应选取转弯角度较小的弯头，以降低在此处产生激振力的可能性。
4.3优化刚度法
在汽水管道的设计阶段，管道的设计材料和管径等参数需要首先根据机组的容量确定管道系统的运行压力和流量，而管道的走向及布置等需要根据所在建筑的结构特点等确定，在以上因素确定之后，影响管道振动的主要因素为管道的支承刚度，所以需要对管道的支承刚度来提高管道的抗震动性能，这就是优化刚度法。从理论上来说，支承刚度越大管道的抗震动性能越高，但是在实际的运行中，增加管道的支承刚度，管道系统内的应力也会相应增加，对管道系统基础设施、管道强度和支吊架的选用安装等又提出了更高的要求，所以应将刚度控制在一个合理的范围之内。
4.4改变介质参数
介质参数主要指介质的压力、流速、温度等，首先对于管道内的压力来说，压力大小与管道振动并无关系，但是在振动发生时，压力增加会对振动有加强作用，会使管道系统的损坏加剧；介质温度也与管道振动没有直接的关系，但是介质温度过高，管道的热态膨胀就会加剧，从而产生较大的热应力，会降低管道系统的抗震动性能；正如前文所述，介质的流速过快，在经过阀门等部位时容易对管道和元件等产生反作用力，也会加剧介质的脉动作用，所以需要将介质的压力、流速和温度控制在一个合理的范围之内。
5结语
在电厂的系统中，汽水管道系统发生振动是比较常见的故障之一，引起管道振动的原因主要与转动设备的振动、管道内部的介质发生参数变化、内部介质通过泄压阀、内部介质发生脉动作用等有关系，所以在汽水管道系统的实际运行中，应将管道的固有频率调整在一个合理的范围之内，根据实际情况采用小角度转弯法进行弯头的选取，并对管道的刚度进行优化，并对介质的参数进行调节和控制，从而对汽水管道的振动问题进行合理的控制，确保电厂系统的安全、稳定运行。
参考文献：
[1] 杨勇.电厂汽水管道振动原因分析及解决对策[J].工程技术:引文版,2016(4):221-221
[2] 张海阳.电厂压力汽水管道振动原因分析及解决对策[J].工程技术:文摘版,2015(11):86-86
论文作者:赤小强
论文发表刊物:《防护工程》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/28
标签：管道论文; 介质论文; 汽水论文; 系统论文; 电厂论文; 发生论文; 刚度论文; 《防护工程》2017年第22期论文;