摘要：随着核电技术的发展，核电厂运行技术规格书也在不断补充和完善，针对某电厂再热蒸汽热段管道振动超标问题，对管道振动情况进行现场勘察、振动测量与数据处理，分析了管道的振动特性。指出应从消除激扰力，改善管系振动特性，尽可能维持管道的一次应力、二次应力水平3个方面进行振动治理，提出了在保证管系应力合格的前提下加装减振装置的治理方案。治理后管道振动得到了有效控制。
关键词：管道；振动；振动特性；减振装置
1前言
众所周知，核电厂运行技术规格书（以下简称“技术规格书”）是核电厂运行阶段技术管理的纲领性文件，是核电厂的“宪法”。技术规格书是核电厂操纵员在日常工作中使用频度最高、最权威的，也是其他绝大部分技术文件，技术规程以及管理程序必须要遵守的上层技术文件。
2技术规格书的内容
2.1安全限值
安全限值是对过程变量的限值，核电厂在此限值范围内运行是安全的。如果超过这些限值，就有释放大量放射性物质，威胁堆芯安全的可能。基本的安全限值是指燃料温度，燃料包壳温度和冷却剂压力的限值。压水堆的设计可以保证在正常运行和预计运行事件中安全限值不被超过，而只有在事故工况和严重事故条件下安全限值可能被超过。
2.2安全系统整定值
安全系统整定值是各种自动保护装置的触发点，这些保护装置用以触发防止超过安全限值和应付预计运行事件的保护动作。对于安全限值中的参数以及影响压力或温度瞬态的其他参数或参数组合，都要选定安全系统整定值；超过某些整定值将引起停堆以抑制瞬态，超过另一些整定值将导致其他自动动作以防止超越安全限值；还有一些安全系统整定值用于使专设安全系统投入运行，用来限制预计瞬态过程以防止超越安全限值，或减轻假想事故的后果。
2.3运行限制条件
制定运行限制条件是为了使正常运行值与规定的安全系统整定值之间留有个接受的裕量，当某一安全相关物项不可用或某一安全相关参数偏离正常时，要求机组在规定的时间内后撤到规定的工况，从而防止事故发生或缓解事故后果。
2.4监督要求
规定了对安全相关物项和参数在适当的深度和频度范围内进行试验、检定、监测和检查的监督要求，以保证技术规格书规定的安全限值、安全系统整定值和运行限制条件的有效性。
3问题描述
对某电厂超高压燃煤发电机组再热蒸汽热段管道振动情况进行勘察，发现炉侧管段存在明显水平振动现象。该管道管径为406．4mm，壁厚14．2mm，设计温度为545℃，设计压力为3．06MPa，介质为蒸汽，管道材料为10CrMo910，管道支吊架及测点布置如图1所示。
图1：振动治理前管道支吊架及测点布置示意
根据机组运行情况，目测吊点104～105管段、吊点204～205管段振动幅度较大，考虑现场测量环境，选取3个测量点对振动情况进行现场测量。测量仪器为德国VIBXPEＲTⅡ振动分析仪，型号VIB5．310，测点位置即支吊点管部管夹露出保温所在位置，即104，105和204测点。再热蒸汽热段管道的振动速度较大，全频域最大峰值振动速度为26．13mm/s。DL/T292—2011《火力发电厂汽水管道振动控制导则》对管道振动的评估为：全频域最大峰值振动速度Vpeakmax≤12．4mm/s时，管道振动评估为优秀；12．4mm/s＜Vpeakmax≤20．2mm/s时，管道振动评估为合格；Vpeakmax＞20．2mm/s时，管道振动评估为不合格。
4问题分析
管道原设计没有水平方向的约束装置，管系刚度较低，在流体的激振力作用下易引起管道振动。管内蒸汽经过弯头、阀门等元件时，作用在管壁上的激振力呈周期性脉动状态，与管道自有频率产生共振。针对管道振动原因，治理可考虑以下3个方面。（1）消除激扰力，也就是消除振源，这是管道减振的首要任务。如在管段中设置集箱、空腔缓冲器、滤波缓冲器等，布置时尽量少用弯头、变径管等。在役机组改造时，管道本体改造难度较大、成本较高。（2）改善管系振动特性，使之远离激振频率，从而避免共振的发生。在无法消除管道振动激扰力的情况下，改善管系的振动固有特性是易于实施且有效的。管系节点微幅振动，运动微分方程的一般形式由拉格朗日方程导出。通常管道质量矩阵M很难改变。改变系统的阻尼矩阵C，可以加装阻尼器，耗散冲击振动的能量，达到消减振动的目的。改变系统的刚度矩阵K，一般通过在管道适当位置设置限位装置或拉撑杆，改变管道固有频率，避免共振。（3）振动治理时需尽可能维持管道的一次应力、二次应力水平。根据力学中力的独立性原理，将管道应力分为两种：由管道内压、自重和其他持续外载产生的轴向应力之和，称为一次应力；由热胀、冷缩和其他位移受约束而产生的热胀应力之和，称为二次应力加装的减振装置必须考虑管道热膨胀，利用CAESAＲⅡ等软件进行有限元模拟计算，验证方案的有效性，并将结果反馈进行方案修改，避免管道一次应力、二次应力超过许用范围，影响安全运行。
5治理方案
根据该再热蒸汽热段管道的振动特性，在确保管系应力合格的前提下，在管道上加设减振装置，改变管系的固有特性，以达到控制管道振动的目的。减振装置安装需要考虑厂房结构、生根特点等因素，此次安装的管道减振装置包括弹簧减振器、可调带间隙限位和拉撑杆。根据管道设计热位移，带间隙限位和拉撑杆应预留足够间隙，确保不阻碍管道正常热位移。待机组运行稳定、管道热膨胀充分后，调整带间隙限位和拉撑杆，并利用应变片和外接测力器，控制限位和拉撑杆承载力。根据CAESAＲⅡ软件模拟计算结果，此次治理中限位和拉撑杆安装载荷控制在2500～3000N。
6结束语
总之，管道激振力无法消除时，通过改变管道阻尼系数或刚度，可以有效耗散冲击振动能量或使管道远离激振频率，从而避免共振的发生。针对高温高压管道，加装减振装置必须考虑管道热位移，必须经应力校核计算，维持管道的一次应力、二次应力水平，保证管道安全运行。
参考文献：
［1］潘军光，刘宾，马志强，等．机组主蒸汽管道振动分析与治理［J］．理化检验：物理分册，2011，47（4）：232－235．
［2］吴江涛．电厂给水管道振动原因分析及处理［J］．机械，2008，35（S1）：108－110．
论文作者:何明圆1,陈荣添2,郑秀华3,王洪凯4
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/11
标签：管道论文; 应力论文; 限值论文; 核电厂论文; 撑杆论文; 装置论文; 蒸汽论文; 《电力设备》2018年第20期论文;