（福建福清核电有限公司 福建福清 350318）
摘要：核电厂常规岛管道采用的柔性设计和设备调节性能不佳等原因，将致使现场管道出现振动。本文以福清核电常规岛高加管道至除氧器管道振动问题为例，从工艺系统和支吊架角度分析了常规岛管道振动原因，提出相应的改造方案。
关键字：管道振动；工艺系统；支吊架
1前言
核电厂动力管道振动问题是一个非常复杂的涉及多方面因素的问题，其影响因素很多。福清核电机组正常运行期间，已经发生多起管道振动事件，例如某台机组凝结水母管振动问题、蒸汽发生器排污管道振动问题，严重影响到机组的正常运行。
本文以某电厂某台机组高加管线振动为例，从工艺系统和支架角度总结、提炼管道振动的原因及其管道振动治理方法，并探讨当前形势下福清核电管道振动治理的模式。
2高加管线振动问题
2.1管道振动现象
2016年核电厂某台机组以0.5MW/min从840MW升功率至1086MW过程中，当功率升至1079MW，高加正常疏水（下称AHP）至除氧器阀门出现波动，振动呈现3次大幅振动，振动突增然后衰减，在10-20s内振动逐渐减小直至消失。大幅振动出现后，紧急停止了升功率，现场又出现3次大幅振动。最后一次振动，调节阀门仪表管线破裂，该调节阀正常疏水切换至紧急疏水。通过现场实地观察正常疏水管线的两个支架已发生严重损毁，而且在正常运行过程中，高加管线的几处支架也发生严重的损坏。
图1 正常疏水管线的导向支架损毁图
2.2常规岛高加管道振动问题原因分析
核电厂常规岛引起管道振动的因素可以分为以下两个大方面：
1)工艺系统方面：系统泵在启停过程产生，泵将水加压时，由于加压方式不连续，产生压力波（福清核电1-3号机组启动给水管线）；管道内不饱和的气液两相流和管径缩放时引起流体的不稳定，如某电厂某号机组常规岛除盐水系统阀门泄漏，导致蒸汽分离再热二级疏水箱的高温水直接进入除盐水管道，导致管道内急剧加热，致使管道产生非常大的振动；以及在运行过程中调节阀的频繁动作以及调节阀失效导致管道内流体，如福清核电已发生多起因阀门调节失效，失去了对管道内流量的调节作用，导致管道内产生强烈的激振流，致使所有与相连管道都产生巨大的振动；2)管道支吊架布置：核电厂常规岛的绝大部分系统管道为非抗震性管道[1,2]，设计时利用管道自身的柔性和自然补偿能力，尽可能通过少设置固定支架或者设置弹簧吊架，进而不限制管道正常的热膨胀。但此种过于依赖管道自身的柔性设计或者受限于空间造成支架难以设计，导致管道自身柔性不足，当管道内部产生激振源时，管道将发生强烈的振动。
2.2.1常规岛高加管道振动问题原因分析
本文从管道的工艺系统和管道支吊架布置两个方面进行了分析，认为该条管道振动原因如下：
1)工艺系统方面：机组在升功率期间，当高加至除氧器管道流量增加时，管道轴向和径向的应力增加，且阀门开度不易收敛，抗干扰性能差，在阀门前后出现流体的情况下，导致管道内部激振力增加；2)管道支吊架布置：AHP系统支架设计和安装不合理，管道布置主要以刚性吊架为主支撑效果稍弱，损毁的两处支架结构均采用的是门型结构，其材料采用的是10号槽钢，其材料强度不高，易导致其刚性不足，以致未能对管道起到很好的约束作用。
2.3常规岛高加管道振动处理
2.3.1常规岛高加管道振动问题原因分析
在常规岛管道改造中，可以归结为工艺系统和管道支吊架两个方面进行改造：
（1）工艺系统方面：修改工艺流程、修改管道布置、改造泵或阀门等设备，这种方式振动改造的效果一般较好，但需要非常大的设计量，以及整改的周期较长，经济型不高，而不被广泛采纳[2]；（2）管道支吊架方面：通常需要通过调整支吊架的布置及选型方案，使管道上的应力、对设备的推力和力矩满足要求[3]。在适当的位置刚性约束的固定支架、导向支架、滑动支架或拉撑杆等其他限位装置，必要时通过调节减震装置或阻尼器，同时也可减小支架间的间距，以达到增加管系的刚度，改善变形约束所产生的二次应力及对支吊架的作用；而调整支吊架布置能提高管道布置的灵活性。
现以高加管道正常疏水管道振动治理为例，分析了该条管道的布置及现场振动情况，具体改造方案如下。
（1）导向支架改造方案：在保证原管道的膨胀设计余量的基础上，添加槽钢使一处导向支架在Y方向上间隙为0mm，并在-Z方向预留19mm间隙，保证Z方向间隙为0mm，同时增加大其门型框架的槽钢尺寸，进而整体加强该支架的刚度。
（2）新增X向阻尼器：在高加管道至除氧器的竖直管道（靠近上游弯管处），添加X向阻尼器，一方面能保障该条管道在X方向上的热膨胀，另一方面也能抑制瞬间振动引起的管道振动，具体图片见图2；
图2 新增X向阻尼器
（3）限位支架进行加固：考虑到该处支架在管道振动时，Y向支架严重损毁，不能够起到有效地减振作用，故而将原支架的10号槽钢更换成14号工字钢，加强该处支架的刚性作用。
2.3.2改造方案的可行性分析
对高加管道进行支吊架改造以改善其管道振动情况，必须有一个前提条件，即改造后不应过分改变高加管道原有的热膨胀设计，且需对该条管道的应力进行评估，必须保证管系在改造后的运行安全[3]。
使用CAESAR对该条管道进行应力计算和模态分析，根据设计参数温度213℃，压力1.93MPa，管道规格DN457×15.88，材料A106B。
通过对管系的应力计算，发现管道的一次应力和二次应力并没有影响，同时在支吊架正常运行下，不会造成管道局部的应力集中，不会加速管道材质的高温蠕变，缩短管道的使用寿命，不会给机组安全运行带来隐患。
通过对方案中的管道固有频率计算见表1：
从表1中可以看出，改造后该管道的固有频率有所提高，降低了管道低频率下的管道振动。
表1 原管道及改造方案中的管道固有频率
该条管道经过管道振动处理后，现场并未出现过振动现象。
3 结论
核电厂常规岛都存在设计较柔管道，以及因设备调节性能不佳等，通常都会出现较为显著的管道振动情况了，建议从工艺系统和支吊架方两个方面分析管道振动的原因和整改措施，确保核电厂工艺管道的安全运行。
参考文献
[1]陈敏,张周红.复杂管道应力分析中的支吊架布置方法[J].压力容器.2009.3(26):21-
[2]李岗,梁兵兵,殷海峰.核电厂常规岛工艺管道振动改善研究[J].核动力工程.2012,6(33):93-96.
[3]范如君,陈坤.发电厂公用管道支吊架的布置和设计分析[J].广东电力.2011.10,24.
[4]戴贤源，赵贺.核电厂管道振动问题诊断及处理[J].科技视界. 2017.
论文作者:戴贤源1,张融2,赵贺3
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/27
标签：管道论文; 吊架论文; 支架论文; 疏水论文; 核电厂论文; 福清论文; 应力论文; 《电力设备》2018年第23期论文;