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(yàn)。

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(jī)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(yùn)行的重大隱患之一。

某電廠2×600MW超臨界機(jī)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(jī)組的安全運(yùn)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(diǎn)均布置在支吊架的管夾上（測點(diǎn)編號即編為對應(yīng)的吊架編號），因?yàn)橹У跫芄軍A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(diǎn)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(jì)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(jì)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(shí)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(jì)的符合性、支吊架布置與設(shè)計(jì)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(jì)提供依據(jù)［2］。

該一段抽汽管道的主要設(shè)計(jì)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(diǎn)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(jì)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(jì)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?yàn)楣艿廊鄙偎椒较蛏系募s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(qiáng)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(diǎn)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(yùn)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(jì)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(jī)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(shí)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(jī)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(jī)組安全運(yùn)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(yàn)。

（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(jì)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?yàn)橄嚓P(guān)設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)組給水管道強(qiáng)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(jī)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(jì)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(jì)算分析、管道振動分析與治理及支吊架優(yōu)化調(diào)整工作。