徐成智

摘要：電廠中的汽水管道較多，汽水管道內(nèi)部運(yùn)行熱力系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，導(dǎo)致管道引發(fā)振動(dòng)，這種振動(dòng)威脅管道生產(chǎn)安全運(yùn)行，比如高壓給水管道、主蒸汽管道等管道系統(tǒng)都因?yàn)闄C(jī)組容量以及參數(shù)的提高而發(fā)生振動(dòng)。本研究分析汽水管道幾種常見的震動(dòng)以及振動(dòng)的原因，并提出減少其振動(dòng)的對(duì)策，為減少甚至消除管道振動(dòng)、減小振動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響提供理論的依據(jù)與參考。

關(guān)鍵詞：汽水管道；振動(dòng)；解決對(duì)策

汽水管道振動(dòng)是電廠實(shí)際運(yùn)行中的頻發(fā)現(xiàn)象，由于設(shè)計(jì)不當(dāng)或者給水泵汽化等原因?qū)е?，?yán)重影響電廠的穩(wěn)定運(yùn)行。近年來，我國電力工業(yè)迅猛發(fā)展，電網(wǎng)的主力機(jī)組已經(jīng)被大容量高溫高壓機(jī)組替代，參數(shù)和熱力系統(tǒng)都日漸復(fù)雜，電廠管道會(huì)因此而發(fā)生振動(dòng)，管道系統(tǒng)是電廠機(jī)組的生命線，因此，有效改善汽水管道的振動(dòng)、消除安全事故隱患是十分必要的。下文將針對(duì)這類問題進(jìn)行分析，爭取為機(jī)組的改造和汽水管道運(yùn)行的改善提供指導(dǎo)。

1.汽水管道振動(dòng)原理及危害

汽水管道系統(tǒng)的振動(dòng)非常普遍，主要發(fā)生在啟停機(jī)和工作情況改變的時(shí)刻，在主蒸汽管道、水泵出入口、高溫高壓容器等管路出現(xiàn)，表現(xiàn)為管路和支吊架碰撞擺動(dòng)發(fā)出噪聲。汽水管道系統(tǒng)的振動(dòng)越來越常見，振動(dòng)主要由于力的交替變化而產(chǎn)生，會(huì)導(dǎo)致鏈接與管道的振動(dòng)器械遭受影響和傷害，如果管道長期處于這種振動(dòng)狀況就會(huì)給安全生產(chǎn)帶來極大危害，甚至造成嚴(yán)重的機(jī)動(dòng)組非停事故。在電廠運(yùn)行中，各管道縱橫交錯(cuò)，微弱的管道振動(dòng)對(duì)設(shè)備帶來的影響較弱，但是如果振動(dòng)強(qiáng)烈就極易導(dǎo)致機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)，振動(dòng)產(chǎn)生的往復(fù)慣性力會(huì)導(dǎo)致汽水管道結(jié)構(gòu)的破壞甚至局部泄露斷裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起爆炸等災(zāi)害。另外，汽水管道振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲還會(huì)影響現(xiàn)場工作人員的身心健康，操作人員易產(chǎn)生不舒適感，影響工作效率，也是安全事故多發(fā)的起因，同時(shí)還會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成噪聲污染。

2.汽水管道振動(dòng)的原因

汽水管道振動(dòng)的原因是很復(fù)雜的，主要就是系統(tǒng)中的外部動(dòng)力或者其他由于介質(zhì)流動(dòng)產(chǎn)生的作用力，同時(shí)，設(shè)備的型號(hào)、管道尺寸等都是影響系統(tǒng)振動(dòng)的原因。汽水管道的振動(dòng)一般是由機(jī)械振動(dòng)、流體振動(dòng)或者地震引起的。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，對(duì)于管道系統(tǒng)振動(dòng)原因的分析就是根據(jù)觀察到的現(xiàn)象來找出震源以及加劇振動(dòng)因素的過程。從運(yùn)行狀況入手，檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及系統(tǒng)參數(shù)運(yùn)行的波動(dòng)情況，通過看、聽、摸等方式了解管道振動(dòng)的特點(diǎn)，排查系統(tǒng)是否有過載、約束不適當(dāng)、減震功能件破損等問題出現(xiàn)。

2.1管道內(nèi)部流體流動(dòng)引起管道振動(dòng)

汽水管道內(nèi)部常有氣液流引起振動(dòng)的情況出現(xiàn)。在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，由于安裝不良或者操作不當(dāng)?shù)仍蚴蛊鋬?nèi)部存在大量氣體，這種氣體和液體會(huì)形成兩項(xiàng)流，這種流動(dòng)會(huì)對(duì)汽水管道產(chǎn)生較大的沖擊引起管道系統(tǒng)的振動(dòng)，其特點(diǎn)是：由氣液流引起的管道振動(dòng)是無規(guī)則的，及其啟動(dòng)時(shí)振幅最為強(qiáng)烈，如果氣體能夠及時(shí)得到疏通排出，會(huì)漸漸減小振幅直至消失；氣液兩項(xiàng)流會(huì)導(dǎo)致流量壓力不穩(wěn)定，從而引起水泵電流的異常擺動(dòng)。管道系統(tǒng)內(nèi)部流體流動(dòng)時(shí)，在經(jīng)過減壓閥、安全閥等元件時(shí)其流速會(huì)急劇上升，如果流速大于該位置的最大允許流速時(shí)就會(huì)引起管道的振動(dòng)，同時(shí)如果排氣不穩(wěn)定，工質(zhì)對(duì)元件和管道產(chǎn)生的反力也不穩(wěn)定，也是引起管道振動(dòng)的原因之一。

2.2汽水管道流體的脈動(dòng)壓力引起管道振動(dòng)

管內(nèi)流體的動(dòng)力來自于各種泵的做功，其輸送主要通過壓縮機(jī)和泵的加壓進(jìn)行，所以流體的壓力和速度隨著泵的加壓而上下波動(dòng)形成流體脈動(dòng)，這種脈動(dòng)是周期性的，并在經(jīng)過彎頭、閥門等元件就會(huì)產(chǎn)生激振力，激振力是引起汽水管道振動(dòng)的主要原因，如果系統(tǒng)的約束不夠牢固或者減震性能較差，就會(huì)加劇管道的振動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生。根據(jù)對(duì)汽水管道振動(dòng)的理論分析得出汽水管道是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，主要從管道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和流體系統(tǒng)兩個(gè)方面來研究管道的振動(dòng)。所以汽水管道系統(tǒng)布置不合理、管件對(duì)介質(zhì)流體的作用等都會(huì)造成管道系統(tǒng)的振動(dòng)。

2.3給水泵轉(zhuǎn)動(dòng)和汽化都會(huì)引起管道振動(dòng)

當(dāng)給水泵口流量小于泵的最低流量、以及泵口壓力小于進(jìn)水飽和壓力時(shí)會(huì)產(chǎn)生汽化現(xiàn)象，這時(shí)就會(huì)引起水泵的壓力和流量改變引起汽水管道振動(dòng)并發(fā)生噪聲。水泵等泵設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)也會(huì)引起汽水管道的振動(dòng)，泵轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生振動(dòng)時(shí)，就會(huì)將振動(dòng)力傳給相連接的汽水管道上造成其振動(dòng)。

2.4其他原因

在汽水管道系統(tǒng)中，經(jīng)常需要開啟和關(guān)閉閥門來調(diào)整泵、閥出現(xiàn)的故障，在閥門突然開啟或關(guān)閉時(shí)，管道內(nèi)的水流速度會(huì)發(fā)生突變，水壓形成壓縮或膨脹波動(dòng)，這就是水錘現(xiàn)象，這種現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，汽水管道內(nèi)部壓力變化很大，一旦與管道固有頻率重疊就會(huì)產(chǎn)生管道的共振。支吊架設(shè)計(jì)安裝不良時(shí)，如局部受力不均勻、支吊彈簧未調(diào)整好等都會(huì)造成管道運(yùn)行發(fā)生振動(dòng)。另外，地震引起的振動(dòng)也是是不可忽視的，由于地殼運(yùn)動(dòng)造成管道某處破裂甚至局部坍塌，地震的能量通過地震波的形式來影響地面的設(shè)備發(fā)生振動(dòng)。

3.汽水管道振動(dòng)解決對(duì)策

上文已經(jīng)介紹了汽水管道振動(dòng)的危害是較大的，所以對(duì)其振動(dòng)的控制和改善十分必要。多數(shù)管道振動(dòng)是由于激振力與管系的低階頻率發(fā)生重疊而引起的，因此汽水管道振動(dòng)的解決主要分治理和預(yù)防，可以從消減管系激振力和改善管系振動(dòng)特性兩方面入手。治理的具體環(huán)節(jié)有：現(xiàn)場觀察做出診斷，判斷振動(dòng)的類型及癥狀，初步設(shè)計(jì)測試方案；之后進(jìn)行現(xiàn)場的測試，對(duì)采集的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析；評(píng)價(jià)系統(tǒng)的可靠性，最后指定合理的治理措施。另外要注意汽水管道振動(dòng)的預(yù)防，預(yù)防的思路在于消振，減振和避振。針對(duì)不同的成因指定不同的消除方式，如果是因?yàn)榱魉龠^高引起的振動(dòng)，可以擴(kuò)大管道的直徑達(dá)到降低流速的目的。如果已經(jīng)發(fā)生了管道振動(dòng)，就要想辦法減震，如果是由于動(dòng)力不平衡引起了振動(dòng)，就可以通過分解振動(dòng)能量、改變伸縮節(jié)位置等方法來見解減小振動(dòng)。需要注意的是，如果發(fā)生共振現(xiàn)象，則需要改變管道結(jié)構(gòu)特性、固有頻率、及系統(tǒng)的剛性和質(zhì)量來避開管系的共振頻率。汽水管道振動(dòng)基本方程寫成矩陣形式為MX+CX+KX=F。其中M為質(zhì)量矩陣、C為阻尼矩陣。K為剛度矩陣，F(xiàn)是激振力，這個(gè)方程反應(yīng)了激振力與三種矩陣之間的關(guān)系，可以通過這個(gè)振動(dòng)方程來作為減少管道振動(dòng)的依據(jù)。首先可以改變系統(tǒng)的剛度K值，設(shè)立剛性支架、計(jì)算關(guān)系的各階頻率，查看振動(dòng)位置以及方向；其次可以改變系統(tǒng)的阻尼C值，在需要的位置設(shè)立阻尼器，可以分散振動(dòng)沖擊的能力，相當(dāng)與減震器的作用；對(duì)于現(xiàn)役電廠的管道質(zhì)量已經(jīng)無法改變，所以一般不考慮通過改變質(zhì)量矩陣來較少管道系統(tǒng)的振動(dòng)。

4.結(jié)語

隨著我國社會(huì)的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國電力事業(yè)也如火如荼，但是電廠實(shí)際運(yùn)行中常出現(xiàn)的汽水管道振動(dòng)問題也越來越受到關(guān)注，由于各種原因引起的管道振動(dòng)對(duì)電廠安全運(yùn)行形成了嚴(yán)重的隱患，本研究對(duì)汽水管道振動(dòng)的危害進(jìn)行了簡要的分析，詳細(xì)的討論了其形成的原因，只有深入了解了管道振動(dòng)復(fù)雜的成因和原理，找到振動(dòng)根源，才能提出較為有效的解決方案，通過消減激振力和改善管道振動(dòng)特性等方式改善汽水管道的振動(dòng)現(xiàn)象，降低其對(duì)設(shè)備的損耗和對(duì)電廠安全運(yùn)行的負(fù)面影響。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙軒. 汽水管道振動(dòng)原因分析及治理[D]. 哈爾濱工程大學(xué)，2012.

[2] 邢景偉，趙星海，辛國華. 電廠汽水管道振動(dòng)原因分析及解決對(duì)策[J]. 能源研究與信息，2012，01：18-23.

[3] 劉炳全. 汽水管道振動(dòng)診斷與評(píng)價(jià)研究[J]. 內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2008，19：62- 64.