摘要：随着社会不断向前发展, 各行各业生产规模日渐扩大, 对于电力需求量随之逐步提升, 目前我国的电力事业中, 主要依靠火力发电形式进行电力生产。在进行电力生产时, 如果作为整个系统最为基础元件部分的管道和阀门出现了振动, 十分容易导致管道和阀门出现损害, 对整体系统的正常运行造成十分严重的不良影响, 给广大人民群众的日常用电带来不便。为了有效提升电力生产系统的安全性和稳定性, 就必须对管道阀门的振动危害进行正确了解, 探究振动产生的原因, 并采取相关的对策, 才能更好地避免系统管道阀门产生振动, 保障整个火电生产系统的稳定运行。
关键词：管道阀门；振动危害；治理
在当前的火力发电厂中, 主要是通过燃料燃烧加热带动水蒸气, 对设置的发电设置进行推动进而产生电力, 在整个系统中, 管道和阀门发挥着不可或缺的重要作用, 管道是整个系统的血管, 而阀门则是整个系统的控制开关。随着发电技术的不断进步, 火电单机容量随着不断增加, 对于阀门、管道在材料和技术方面上提出了越来越高的要求。但出于材料、构造、设计、安装、选型、运行及阀门管道内流体介质物化性能等因素的影响, 在进行使用时经常会发生管道振动现象和阀门振动现象, 导致其使用寿命缩减, 对设备造成破坏, 影响到经济效益, 甚至会造成阀门、管道开裂, 对周边环境造成污染, 阻碍电力生产, 酿成生产事故, 严重危害人们的生命财产安全。
一、管道阀门振动造成的危害
管道与阀门的动态分析是和其静应力分析相对的, 其特点为:构件破坏多为疲劳损害, 振动响应呈现为时间函数。压力管道阀门疲劳损害的主体表现方式有两种:高循环疲劳破损和低循环疲劳破损, 导致管道阀门产生呈现振动的原因有很多, 不同的实际情况需要进行细致深入分析才能正确地选择应对措施, 从而取得符合实际要求的减振效果。振动对于管道阀门产生的危害主要表现为以下四点:
(一) 使用寿命的缩减
振动会导致管道阀门产生大量机械运动, 会对振动部位造成金属疲劳, 极大程度上缩减管道阀门的使用寿命, 如果没有及时进行更换维护, 在进行生产时容易出现破裂, 造成不必要的损失。
(二) 对发电系统的破坏
大量振动会导致管道阀门的连接部位出现失效、破坏, 造成接管座开裂、输水管断裂、支吊架失效甚至管道破裂, 尤其是高压蒸汽管道, 一旦高压蒸汽管道出现了以上情况, 将直接酿成灾难性事故, 后果不堪想象[1]。
(三) 对管道阀门自身的损坏
当阀门阀头振动速度远远高于管道的振动速度时, 由于双边振动速度不一致, 将会导致阀门元件振松, 造成阀门泄露或者失控或者管道断裂, 进而对阀门管道造成损坏, 导致系统故障, 机组停机。
(四) 对仪表仪器的损还
在火电系统中, 管道阀门往往和各类仪器仪表进行直接联系, 如果出现了阀门管道振动, 将会直接对连接的仪器仪表造成直接破坏, 对控制系统的正常运行造成不良影响。
二、管道阀门的振动类型
(一) 管道共振
在进行火电生产时, 水或者蒸汽在管道中流动, 会导致管道阀门产生一定程度的振动, 这种振动就是管道共振。管道共振的主振频率一般情况下都在5Hz以下, 属于是低频率的连续性振动。在进行火电生产时, 如果共振振奋较大, 共振响应强烈, 将会对设备和管道产生较大的危害。管道共振主要是由于管道某阶段的固有频率和介质紊流所产生激振力频谱中的低频主振频率接近所产生的。两者之间频率接近, 产生共鸣共振, 继而导致管道振动, 对管道和仪器的正常使用带来一定的不良影响。
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(二) 强迫振动
当介质激振时, 如果激振频带较广, 激振强度较大, 相应的管道振动不再是管道共振, 而是强迫振动。强迫振动的特点为主振频率较为模糊, 各类频率成分混淆在一起, 频率较共振型振动更高, 强迫振动的治理难度较大。
(三) 阀门自激振动
阀门自激振动指的是由阀门引起的系统振动。系统激振受到系统自身控制, 当阀门自激振动受到抑制是, 系统激振将会随之消失。例如阀门开度较小时, 介质流动情况发生剧烈变化, 进而引起的振动便是一种阀门自激振动, 当介质流过阀门时, 流动情况发生剧烈变化, 局部压力产生波动进而形成激振力, 阀片或者阀芯及阀杆受到受迫振动, 反向对介质生成激振, 激振将以波的形式通过介质传播到整条管道和与其相连的设备和容器中。阀门自激振动的特点是振动强度和振动频率较高, 主振频率可以在频谱图中明确显示出来, 该种振动可以通过阀门检修、改型或者调整控制系统的方式来进行解决。
(四) 两相流引起的管道振动
高压加热器在进行疏水时, 当水流疏导到除氧器管道时, 因为水流在管道上升过程中相应压力会降低, 等到压力降到饱和点, 部分水会产生汽化, 导致汽水两相, 引发管道振动, 汽相介质和水相介质在密度上存在着极大的差距, 形成的流场较为混乱, 所引起的振动普遍会比单一介质引起的振动更强烈。
(五) 水锤引发的冲击振动
在蒸汽管道内, 如果还有凝结水存在时, 突然开启阀门, 高速流动的水蒸气将瞬间把凝结水加热到蒸汽, 并产生巨大冲击力, 会对阀门、管道、管座和支吊架产生较大的冲击, 损害到整个系统的结构。在高低压旁路等区域出现疏水不畅问题时, 这种现象发生的几率将会提升。
(六) 给水泵低流量导致的管道振动
给水泵在低于其最小流量时, 将会发生汽蚀现象, 介质压力产生剧烈波动, 进而导致管道产生强烈振动。因此为了有效保护管道系统和泵阀设备, 应当尽量避免给水泵在接近最小流量的情况下进行低流量工作[2]。
三、管道阀门振动的治理
为了有效地对管道阀门振动进行治理, 首先应当对相关的管道设计图纸进查阅审核, 包括管道应力计算书、管道规格、管道安装图、运行资料、变更资料、工况变化和支吊架及刚性约束图等。并在振动现场对管道实际振动情况进行勘探, 记录相关振动现象并开展分析, 对管道的支吊架现场进行检验, 对各支吊架存在问题进行记录并拍照, 构建完整的管道支吊架状态记录, 检验内容包括:原有减振限位与各约束点是否正确安装, 规范安装, 管道系统在实际运行过程中的膨胀情况及膨胀痕迹, 各支吊架的实际情况。开展管道振动测量和数据处理工作, 制定出管道振动频谱图和时域图。并采用相关软件进行模拟构型, 对管道的固有频率和振形进行计算分析。并根据分析数据和计算结果来确定管道的应力, 并制定出符合实际情况的相应治理方案。在方案实施完成后, 对治理区域进行安全性评估, 确保治理结果能够起到应有的效果。
在管道振动治理过程中, 如果是因为支吊架松动、破裂等显而易见原因造成的振动, 可以通过对支吊架进行调整、增焊支吊架的方式来进行解决, 如果实因为管道振动频率接近设备激振频率所引起的管道振动, 可以采取增加支吊架的方式来进行解决, 对于无法控制振动源或无法明确激振源的情况, 可以采用增加减振器的方式来减少振动, 此外, 还可以通过改造节流孔板、增大或缩减流量的方式来改变运行模式, 实现振动的减少[3]。
结束语
在火电生产过程中, 管道阀门的振动会导致整个发电系统的正常运行出现故障, 通过对振动的合理处理, 可以有效地延长设备管道的使用寿命, 减少停机次数, 在最大程度上降低事故发生的几率, 保证整个工作系统的安全性和稳定性, 更好地将其应有的经济效益与社会效益发挥出来。
参考文献
[1]赵亚楠.火力发电厂管道、阀门振动危害及处理[J].现代国企研究,2018(08):107-108.
[2]陈伟.火力发电厂管道阀门振动危害及对策探讨[J].山东工业技术,2018(07):172.
[3]晋少康,王建伟,方奇敏,崔阳弟.火力发电厂管道、阀门振动危害及处理[J].河南科技,2014(09):112-113.
论文作者:孙晶
论文发表刊物:《防护工程》2018年第19期
论文发表时间:2018/11/5
标签：管道论文; 阀门论文; 吊架论文; 系统论文; 介质论文; 频率论文; 火电论文; 《防护工程》2018年第19期论文;