（大唐国际托克托发电有限责任公司 内蒙古自治区呼和浩特市托克托县 010206）
摘要：国内核电厂管道振动问题普遍存在，特别是在调试和运行初期，管道振动导致设备损坏的案例频繁出现。管道振动会加速材料的疲劳损坏，大大缩短材料的使用寿命，并容易引发管道焊接处的破坏失效。目前，国内对管道振动问题的解决主要有2种方法，即暂时缓解的“减振”和彻底解决的“消振”，可根据机组状态和设备情况等因素进行选择。福清核电厂2号机组高压给水加热器（AHP）至除氧器管线自调试以来就存在疏水管道剧烈振动问题，严重影响机组安全运行和电厂经济效益。
关键词：高压给水加热器；管道振动；原因；治理措施
1高压给水加热系统概况
AHP的主要功能是利用汽轮机高压缸抽汽加热给水以提高热力循环的经济性，接收汽水分离再热器（MSR）第一级和第二级的疏水和排气，并从蒸汽侧排出不凝结的气体到除氧器（ADG）。AHP包括给水系统、抽汽系统、疏水系统、放气系统和卸压系统等几个子系统。其中，给水系统是由并列的A列和B列这2列高压给水加热器组成，每列高压给水加热器组由2台高压给水加热器（601RE/701RE和602RE/702RE）串联组成。系统设计有2条疏水管线，即终端至除氧器（ADG）的正常疏水管线和终端至凝汽器（CEX）的紧急疏水管线。ADG的水被主给水系统（APA）输送至主给水分配系统（ARE），最终流入蒸汽发生器。其中主给水系统的功能在机组启动阶段由启动给水系统（APD）实现。
2管道振动介绍
2016年3月29日，2号机组以0.5MW/min将功率从840MW提升至1086MW时，高加系统至除氧器疏水管线阀门2AHP217VL开度出现波动（波动范围为59~72%），汽轮机功率和系统抽气压力保持不变，现场管道出现剧烈振动。管道剧烈振动直接导致2AHP217VL阀门本体损坏，支架压盖螺纹损坏与阀体脱开，供气管线断裂，止回阀2AHP401VL法兰漏气。在此紧急状况下，运行人员通过改变阀门状态将高加疏水由除氧器切换至凝汽器，此时汽轮机热效率下降，机组功率也降至1060MW，管道振动消失。
2.1振动分析技术路线
管道出现剧烈振动后，技术人员通过对系统功能、运行工况进行分析并全面勘查现场后，提出从支吊架布置、疏水阀门的调节、疏水阀门是否产生汽蚀以及气-液两相流等方面查找管道振动的原因，并制定了相关技术路线。
2.2管道支吊架布置分析
技术人员在现场对A列和B列高加至除氧器管道的支吊架布置情况进行了详细检查，发现该管道共计15个支吊架，其中仅有3个为限位支架，其余12个支吊架为弹簧吊架。系统设计阶段需考虑管道热胀冷缩产生变形并对管道进行柔性设计，而此柔性设计会导致管道在水平方向和竖直方向刚度低，极小的管内流体振动就能激起管道较大的位移幅值，进一步造成限位支架偏离初始位置。通过对管道振动分析和现场勘查后发现，管道和支吊架间隙过大，支吊架已无法有效固定管道。因此，可选择在恰当的位置增设刚性支架或阻尼减振器，提升管道抗流体扰动的能力和吸收振动能力，使管道振动的幅值在规范允许的振动限值范围以内。
2.3疏水阀门PID参数分析
主控室数字化控制系统（DCS）根据获取的液位测量值，采用比例-积分-微分（PID）控制模块将液位控制在设定的正常水位附近，PID控制模块将液位偏差（4~20mA控制信号）输送至阀门定位器，阀门定位器再根据实际阀位反馈和控制信号（4~20mA）来调节阀门开度。此控制过程存在2套PID控制系统，一套是DCS中针对液位的PID控制系统，另一套是定位器中针对阀位的PID控制系统。对于DSC控制系统，分析液位、阀位、阀门指令曲线时，发现阀门开度严重偏离阀门指令曲线，因而阀门开度波动不是指令波动引起，可基本排除DCS控制系统不稳定的情况。对于定位器控制系统，根据实际阀位反馈与控制信号的偏差计算结果，发现控制信号是以驱动阀门定位器内部的电气转换器来驱动阀门动作。定位器控制系统如果信号不稳定或者气压不稳定均可能造成阀门波动。针对上述2个原因，仪控人员对控制信号进行录波，发现控制信号无波动。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在调取压缩空气压力曲线时发现，仪用压缩空气的压力无较大波动，对定位器进行更换后仍存在明显振动，因此可基本排除定位器控制系统故障的可能性。
2.4疏水阀门汽蚀分析
调节阀后的流体产生汽蚀是管道振动发生的另外一个可能原因。由于调节阀的缩流作用，流经调节阀的流体的流速将增加，根据伯努利定律，静压力将降低。当阀后静压力低于当前温度下流体的饱和蒸汽压时，将发生汽化现象，当阀后恢复静压力大于饱和蒸汽压时，汽化产生的气泡流经阀后将可能受压溃灭。气泡的产生和溃灭直接导致管道流体状态不稳定（包括流速和压力剧烈变化），将会导致管道振动发生。疏水阀2AHP217VL为非平衡型阀，本体结构为单阀座控制，无阀笼减压装置。由于此阀芯上下部无平衡孔，介质作用在阀芯上的力较大，需要执行机构输出的推力较大，并且该阀未设置导向阀笼，不利于管道振动情况下阀位稳定。在阀门开度变化时，介质的压力会出现较大的变化，阀后流体会产生汽蚀，导致介质状态发生剧烈变化，进而产生管道振动。
2.5气液两相流分析
振动发生在机组功率提升过程中，在此过程中由于汽缸大量进汽，同时抽汽量也增大，存在特殊工况蒸汽进入高加后不能及时、充分凝结，从而进入疏水管形成两相流，引起疏水管道振动的风险。根据福清核电厂AHP系统设计文件，机组满功率工况下，抽汽管道压降、6B高加壳侧压降和疏水调节阀前疏水管道的压降之和为0.3MPa。通过对升功率期间高加疏水温度和疏水阀前压力分析，高加疏水阀前的压力大于疏水温度对应的饱和压力，说明疏水有一定的过冷度，疏水管道内不会发生汽-液两相流，因此可排除汽-液两相流引起的管道振动。
2.6振动原因确定
经过对可能引发管道振动的各个原因开展分析和逐个排查，可以排除管道振动由阀门调节性能和管道内介质汽-液两相流等引起这些因素。根据对升功率期间疏水介质压力和温度趋势分析，可以判断管道在径向和轴向上受力在不断增大。由于管道支吊架设计和安装存在不足，不能有效约束管道晃动，导致管道剧烈振动。此外，无阀笼设计的调节阀在管道剧烈振动的工况下，无法有效稳定阀位，也会进一步加剧管道振动。由于更改阀门阀芯的设计形式代价大和周期长，短期无法快速有效解决问题，在综合分析各种因素后，确定需要对设计和安装不合理的管道支吊架进行重新设计和加固。
3振动治理方案及结果
为消除管道支吊架缺陷，对于管道中的2AHP505-003、2AHP505-005支架槽钢，采用14#~18#槽钢替换原来的8#~12#钢槽，并将原支架单槽钢改为面对面双槽钢拼焊，最后在原支架上加1个Y向限位支架进行加固。此方法不改变原管道走向布置，且3处限位支架也均能满足管道冷热态位移膨胀，不引入其他附加应力。在现场完成支吊架加固完成后，再次运行并提升功率期间都未发现管道大幅振动及阀门波动问题，管道一直处于良好可长期稳定运行的状态。
结论
本文从系统参数、设备结构、仪控参数和管道支吊架等方面分析管道振动的原因，最终采取了支吊架加固的方式快速解决了问题，使机组重新恢复运行达到满功率。通过此方法，可以证明管道支吊架加固是“减振”的有效方式，但是若想彻底“消振”，变更阀门阀芯结构才能彻底解决问题。“减振”和“消振”需要根据电厂实际情况选择，在“消振”经济代价大和短期难以实现的情况下，采取“减振”也是一种快速有效解决问题的方法。
参考文献：
[1]张恩斌，赵超，陈世旺，陈宇慧.无损检测在高压给水加热器中的应用[J].山东化工，2016，45（24）：98-101.
[2]蒋宇，陈建龙，唐巍.高压给水加热器换热管泄漏原因分析及解决方案[J].锅炉制造，2016（05）：54-55.
[3]邓国锋，苏钊，佟宝玉.高压给水加热器正常疏水管道振动原因分析及应对策略[J].锅炉制造，2015（04）：47-48+55.
论文作者:张拓
论文发表刊物:《河南电力》2018年23期
论文发表时间:2019/7/16
标签：疏水论文; 管道论文; 吊架论文; 阀门论文; 系统论文; 加热器论文; 高压论文; 《河南电力》2018年23期论文;