火电厂汽水管道振动原因及消振策略

代存鑫

摘要：火电厂汽水管道内部运行的复杂程度很高，由于参数等的变化使的汽水管道的运行与维修故障难以被察觉，致使在火电厂汽水管道已经发生了严重的振动后才会有人注意到，但往往已经造成了很大损失，严重威胁到火电厂电力生产运行的安全与稳定性。本文分析了火电厂汽水管道系统振动的危害与产生原因，提请业界加强火电发电系统汽水管道振动方程的分析研究，对管道振动特性等进行多方面的考虑。并结合实际案例进行分析，提出消除管道振动的措施。

关键词：汽水管道；振动原因；对策分析

在火电厂运行中，振动是非常多见的故障。管道振动引发的问题包括吊架松动、管道疲劳运行等。当问题产生时，连接的设备由于推力的作用发生连锁反应。所以一旦振动发生，连带的设备都会受到影响，造成火电厂的停运或者是安全事故发生。汽水系统担负着重要的汽水循环任务。管道在汽水循环中发挥着运输作用，是火力发电厂中必不可缺的重要组成部分。

一、管道振动原因

根据振动原理进行分析。管道中重要的设备是支吊架以及各种泵和阀门、法兰。管路元件和设备的机械结构非常复杂。在受到振动力量的作用下会发生连锁反应。当我们研究管道振动时要考虑的两个系统：管道结构和流体系统。

管道激振力一般来自系统自身和系统外。自身的管道系统包括：与管道相连的泵、转动设备的振动、关内流体发生突变导致的流体不稳定流动引起的振动。系统外的振动包括自然灾害如地震、风力等引发的振动。

系统内部振动一般是导致管道振动的主要原因。振动对于电厂管道来说是一种反复发作的问题，但是其产生的危害性一点也不少于其他故障造成的损害。

1、管道内流体进行脉动时，会引发各种泵体进行工质加压。加压的方式不同也不连续，但是流体的压力和速度不断进行上下波动是振动的共性。脉动状态分为异径管、阀门管道振动等，共同产生激振力，导致管道发生振动[1]。

2、泵等设备在转动时间，会将振动力进行连锁传送，在泵转动时就会发生管道的振动。

3、管道内部流体流速过快时，经过减压阀门等元器件，产生共振。流体的流速越高，工质对管道产生的共振就越大。如果排气设备不够稳定，那么产生的应力就会更不稳定。管道振动是必然的，只是随着管径设计大小、流体流速大小而不同而已。

4、水锤在机调整和改造过程中需要开启和关闭，这个过程会导致高加疏水调节阀的突然关闭。管道内的水流速度就会突然发生变化。水压出现巨大的波动，呈现压缩和膨胀的情况，对管道内传递不稳定的脉波。压力增大导致管道发生晃动，最后与管道的频率发生重叠，产生共振。引发汽水管道发生稳态振动和瞬态振动的原因，还包括管道频率低，输送介质压力变化等原因，当管道在机组运行过程中被安排不恰当的位置，或者操作人员对给水管道的安装与操作出现了失误，也会引起管道振动的情况。

5、管道的固有频率按照国家有关火力发电厂汽水管道设计技术规定要求应大于3.5HZ，但在工程实际工作中，由于设计、施工、运行中各种干扰因素，使的载荷分配不合理、机组管道应力分布不合理、刚度不符合技术要求等现象并不少见，以上原因均可以导致管道固有频率没有按照规定进行配置，发生管道振动[2]。

二、管道振动消除措施

1、改变系统刚度，可以有针对性地增设限位支架、刚性支架等装置，对管系振动产生一定的治理作用。通过观察振动的位置和方向，可以计算出管系的频率，将振动的计算结果进行对比和分析。发现振力的来源并提出消振措施。

2、在查明振力来源的情况下，采取消除外界振源的方式可以提高管道的自身振力。包括：将管道连接的泵转动周期进行重新布置，将布置不合理的弯头三通、调整阀门和节流孔等关键进行重新布置。可以将介质压力变化进行调整产生激振力。

3、如果是由于操作不当引起的管道振动，快速关闭或者打开阀门，将水锤、气锤等进行调整，操作方式和次序发生改编后，管道瞬态振动的现象就会得到解决。

4、当无法查明振动的来源或者无法减小振动的力度的情况发生时，可以通过改变管道的特性来减小管道激振力的影响。一般采取的措施包括：改变管道的振动固定频率，降低管道对共振产生反应的特性，从而避免共振的发生。安装吸振装置对管道传导过来的振动进行消振。利用反作用力抵消掉部分振动，然后将管道进行重新配置，安装减振器等装置，或者安装阻尼材料，消耗振动的能量。

三、案例分析

某火电厂50MW机组安装投产后，由于主给水管道存在间歇性振动，因此破坏了管道结构的稳定性。对于机组装备的冲击和破坏作用非常严重，甚至威胁了管道、支吊架以及其他设备的运行。因此对给水管道进行了大调整。

1、跟现场勘察情况，首先进行了振动测试，对多处支吊架进行了现场测试后，传感器传来的测量结果包括管道振动频率、振动加速度和振动位移等。根据测量结果。采取了升降机组降低管道负荷的方法。当主给水流量和水压力发生巨大振动时，机组运行就发生了不平稳的状况，振动强烈。而当主给水量再次增大后，给水压力和管道振动均发生了增加。在对升降机组采取了降低负荷的措施后，给水量发生了改变。管道振动就相对缓和了。

2、根据测试，技术人员利用应力分析和模态分析软件，制作出管道的计算模型。这个模型中包含了管道的热态应力、静态工作应力，管道振动应力。对上述应力的数值进行了准确的汇报和分析。根据现场测量数据、得出了管道振动治理方案。

首先，从管道振动方面考虑，将管道走向保持不变，改变管道的阻尼和刚度，在节点350处加X方向限位加装了刚性支架，在节点250、260等处加装了阻尼器，在管道二次应力测试后增加了应力增幅。

第二，对管道进行静力分析。提供了管道的固有频率和刚度。将机组负荷提升到50MW后再降低到25MW，调整过程中管道的振动发生了变化，到最后只出现比较微小的振动。最大振幅不超过1毫米。

3、对给水管道冷态和荷载、约束管道、限制管道、高压给水泵、省煤器、高压加热器等进行推力和扭矩的监测。对弹簧支吊架、刚性支吊架等进行整改。利用高压给水管道的应力对振动产生调节。

第三，密切关注给水管道的振动与水管中水流的速度的密切关系，当发现水流流速过大，流速的变化也过快时，调整管道的应力，对泵、阀门等元器件进行构造上的设计和改造。使水流流速降低，减小管道的振动[3]。

改善火电厂汽水管道约束，通过增减管道约束，改变关系刚度和阻尼，增加减震器、限位装置等来增强关系的抗振能力。

第四，在管道检查过程中，技术人员发现振动较大的区域管道的布置方式、走向都有问题。如存在大量的弯头，而且弯头角度过大的情况，使水流速度减慢，导致管道激振力发生。因此采取了去除一些弯头，或者更换弯头的方式，最终的检测说明这次改动对于减小振动很有作用。

结语：

电厂管道振动的危害不仅是影响机组的正常运行，也对人身安全构成了威胁。因此对削减和解决管道振动进行研究，提出减小管系振动的有效方法，对于电厂汽水系统乃至整体运行意义重大。本文中提及的案例，根据现场振动测试数据，该火电厂发生水管道振动原因主要是支吊架发生了故障。在管道柔性过大的前提下发生了内部介质扰动引发了振动。根据测试结果和有关规定，对高压给水管道采取了更换支吊架、改变管道约束等措施，有效解决了管道振动的问题。

参考文献

[1]张艳飞，谢利明，张静等.火电厂汽水管道振动原因及消振措施分析[J].内蒙古电力技术，2015，33（4）：23-26.

[2]李春华.火电厂汽机运行中常见问题及措施分析[J].科技风，2015，（13）：15-15.

[3]冯宁，马剑.火电厂汽水管道的振动原因及抑制措施分析[J].中国科技纵横，2016，（12）：186-186.