火電廠抽汽管道振動治理研究

劉　明，何桂寬，王海帥

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

火電廠抽汽管道振動治理研究

劉明，何桂寬，王海帥

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

針對某電廠一段抽汽管道的振動問題，采用現(xiàn)場振動測試、數(shù)值仿真分析等研究手段，確定管道振動等級，判斷管道振動原因，綜合對比多種控振減振裝置，最終應(yīng)用最為便捷且對結(jié)構(gòu)影響最小的粘滯液阻尼器，有效消除了管道振動故障，為火電廠管道振動治理問題提供了可供參考的經(jīng)驗。

抽汽管道；振動；測試；粘滯液阻尼器

0　引言

目前隨著火電廠機組容量和參數(shù)的不斷提高，發(fā)生振動的管道汽水系統(tǒng)也越來越普遍，管道振動的危害越來越明顯。管道振動的存在不僅會降低管道和相應(yīng)設(shè)備的使用壽命，危及管道和設(shè)備使用安全性，而且振動的噪聲還損害工作人員的身心健康，并對周圍環(huán)境造成污染，管道振動已成為影響電廠安全運行的重大隱患之一。

某電廠2×600MW超臨界機組自投產(chǎn)以來，一段抽汽管道就存在較為明顯的振動情況，嚴(yán)重危害機組的安全運行。

1　管道振動測試

一段抽汽管道立體布置如圖1所示，主要振動管段位于#10固定支架與#1高加入口之間的S型膨脹彎處，呈水平向低頻“擺動”狀態(tài)。為準(zhǔn)確的掌握管道振動情況，采用無線動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀對主要振動管段的振動參數(shù)（振動頻率、振動加速度和振動位移）進(jìn)行了現(xiàn)場測試。

振動測試過程中為便于傳感器的固定且保證測試精度，測點均布置在支吊架的管夾上（測點編號即編為對應(yīng)的吊架編號），因為支吊架管夾與管道是剛性連接的，管夾的振動能夠完整的反映管道在該部位的振動情況。對測試結(jié)果進(jìn)行頻譜分析，獲得各測點測試結(jié)果如表1所示。

圖1　一段抽汽管道（部分）立體布置圖

表1　振動測試結(jié)果

由測試結(jié)果可知，該管道水平向振動明顯，主要振動頻率在1.6Hz左右，管道最大振幅為8.0mm左右。依據(jù)DL/T 292-2011《火力發(fā)電廠汽水管道振動控制導(dǎo)則》規(guī)定，峰值振動速度計算公式如下：

f—振動頻率，1/s；

A—振幅，振動位移峰-峰值的1/2，mm。

對于存在顯著振動響應(yīng)的低合金鋼管道系統(tǒng)，當(dāng)最大峰值振動速度大于20.2mm/s時，即可評估管道振動不合格，應(yīng)進(jìn)行振動治理［1］。

由式（1）計算可得該一段抽汽管道的最大峰值振動速度為40.2mm/s左右，嚴(yán)重超過標(biāo)準(zhǔn)要求，需要進(jìn)行振動治理。

2　仿真分析

采用管道應(yīng)力分析軟件進(jìn)行靜態(tài)應(yīng)力校核和動態(tài)仿真分析。管系靜態(tài)應(yīng)力校核目的是確保管道在實際工作狀態(tài)下各部位應(yīng)力達(dá)標(biāo)，以便判斷管道系統(tǒng)布置與設(shè)計的符合性、支吊架布置與設(shè)計的符合性等。管道動態(tài)仿真分析主要用于管道模態(tài)分析，模態(tài)分析的最終目標(biāo)是識別出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)（固有頻率，模態(tài)振型等），為系統(tǒng)的振動特性分析、振動故障診斷和預(yù)報以及結(jié)構(gòu)動力特性的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)［2］。

該一段抽汽管道的主要設(shè)計參數(shù)見表2。靜態(tài)應(yīng)力校核結(jié)果顯示管道一次應(yīng)力最大值為57.2MPa，位于#9吊架吊點處；二次應(yīng)力最大值為153.9MPa，位于#13與#14吊架之間的彎頭處。管道靜態(tài)應(yīng)力合格，管道支吊架選型合理。

在靜態(tài)分析模型的基礎(chǔ)上將主要振動區(qū)域管道單元細(xì)化，對其進(jìn)行模態(tài)分析，詳細(xì)分析結(jié)果見表3。

由模態(tài)計算結(jié)果可知，主要振動管段的前二階振型呈現(xiàn)為水平向振動形態(tài)，且對應(yīng)自振頻率均較小，與現(xiàn)場管道振動情況基本一致。說明該管道振動故障除了內(nèi)部流體作用影響外，主要還是管道水平向剛性不足造成的。

表2　管道主要設(shè)計參數(shù)

圖2　管道模態(tài)分析結(jié)果

3　管道振動治理

根據(jù)該管道支吊架布置情況，可以判斷管道水平向剛性不足主要是因為管道缺少水平方向上的約束裝置，因而可以考慮在主要振動管段加設(shè)適當(dāng)?shù)臏p振裝置，以達(dá)到改變管系模態(tài)、頻率分布，降低管道振幅，消除管道振動的目的。

常用的減振裝置主要包括剛性限位、液壓阻尼器和耗能型阻尼器。考慮到剛性限位、液壓阻尼器基本都均是通過剛性固定的方式強制性的約束管道振動，容易將振動能量轉(zhuǎn)移到臨近管道或固定設(shè)備上，或造成管系應(yīng)力超標(biāo)；以及該管道管徑較小，管道振動能量不大，因而考慮加設(shè)耗能型阻尼器，以增大結(jié)構(gòu)阻尼、減小結(jié)構(gòu)反應(yīng)、消耗振動能量、降低振動振幅。

耗能型阻尼器主要有：金屬耗能阻尼器、摩擦耗能阻尼器、粘彈性阻尼器和粘滯液阻尼器［3］。針對該抽汽管道的布置、工作特點及振動情況，建議在此加裝粘滯液阻尼器，粘滯液阻尼器是通過高粘性液體中柱塞的運動產(chǎn)生粘滯阻尼力來耗能，它能在較大頻率范圍內(nèi)都呈現(xiàn)出比較穩(wěn)定的阻尼特性，對加速度效果控制較好。

在阻尼器型號的選擇過程中，一般需要提供以下資料：1）需要阻尼的管段的重量；2）振動管段的振動頻率和振幅；3）阻尼器工作的溫度范圍；4）阻尼器安裝處的熱位移。具體操作過程一般是首先確定需要的阻尼系數(shù)，阻尼系數(shù)的計算公式如下：

式中c—阻尼系數(shù)；

D—管道阻尼器比，在此一般取0.4；

m—為需要阻尼管段的重量；

f—管道振動頻率。

然后根據(jù)所需的阻尼系數(shù)和阻尼器工作環(huán)境的溫度確定合適的阻尼液配比，最后根據(jù)阻尼器安裝處的熱位移確定合適的制造安裝偏裝量。

由于各個廠家的阻尼液配比及阻尼器型號各不相同，所以具體型號的確定因廠而異，一般只需將所需阻尼器的阻尼系數(shù)提供給制造廠家。針對該抽汽管道的具體振動情況，在此選擇在主要振動管段#13與#14吊架間靠近#14吊架附近安裝隔而固公司RRD40型粘滯液阻尼器。

表3　加裝減振裝置后的管道哦振動測試結(jié)果

在機組重啟后，對加裝了減振裝置的抽汽管道振動情況進(jìn)行了跟蹤觀察與現(xiàn)場測試，表3中的測試結(jié)果顯示加裝減振裝置后，減振效果明顯，振動幅度明顯減小，最大振幅不超過1mm，符合管道振動要求，說明該減振方案實施成功，達(dá)到了預(yù)期目的。

4　結(jié)語

（1）針對某電廠2×600MW超臨界機組一段抽汽管道振動故障，通關(guān)安裝粘滯液阻尼器有效的控制管道振動，消除了機組安全運行隱患，為火電廠其他管道振動治理問題提供了可供參考的經(jīng)驗。

（2）對于在役汽水管系的振動問題，其管道規(guī)格、布置走向及支撐方式都已確定，相較于改變管道走向、管徑、壁厚的方式，通過在適當(dāng)位置加裝適當(dāng)減振裝置控制管道振動更加經(jīng)濟有效。

（3）目前火電廠管道振動主要發(fā)生在水平方向主要是因為相關(guān)設(shè)計規(guī)范中只對管道豎直方向剛度有所要求［4］，并未考慮到管道水平方向的剛度，因而建議在設(shè)計階段對管道三向剛度問題進(jìn)行全面的考慮。

［1］DL/T 292-2011，火力發(fā)電廠汽水管道振動控制導(dǎo)則［S］.北京：中國電力出版社，2011.

［2］彭杰.超臨界火電機組給水管道強度振動分析［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2007.

［3］李愛群.工程結(jié)構(gòu)減振控制［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007.

［4］DL/T 5054-1996，火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計技術(shù)規(guī)定［S］.北京：中國電力出版社，1996.

Study on Vibration Treatment of Steam Extraction Pipeline in Thermal Power Plant

LIU Ming，HE Gui-kuan，WANG Hai-shuai
（HuaDian Electric Power Institute，Hangzhou 310030，China）

The influence of vibration on No.1 steam extraction pipeline in the power plant was investigated by on-site vibration test and numerical simulation.The grade and reason of vibration were discussed.Finally，the problem was solved through using viscous damper.The damper which reduced the effect of itself on structure to a minimum level was also convenient，compared with other different kinds of devices.Significantly，other plants could learn from this case.

Steam extraction pipeline；Vibration；Testing；Viscous damper

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.04.011

TM621.7

B

2095-3429（2015）04-0039-03

2015-07-10

修回日期：2015-08-18

劉明（1985-），男，安徽宣城人，碩士，工程師，主要從事管道應(yīng)力計算分析、管道振動分析與治理及支吊架優(yōu)化調(diào)整工作。