核電廠凝結(jié)水管道振動診斷及處理

湯利專 劉曉龍 吳明星

（海南核電有限公司，海南 昌江縣 572700）

0 引言

核電廠凝結(jié)水管道結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，各個回路的設(shè)計都需要兼顧精度與質(zhì)量。凝結(jié)水管道振動作為常見故障問題，需要分析與優(yōu)化其診斷處理方法，以此來推動凝結(jié)水管道改造工作的順利完成，進而保證凝結(jié)水管道使用效果。

1 核電廠凝結(jié)水管道振動診斷方法

凝結(jié)水管道振動是核電廠必須注意的常見故障問題，能夠?qū)е履Y(jié)水管道出現(xiàn)振動故障的因素有很多，對管道振動原因進行診斷，便可以讓振動故障的處理變得更加簡單。

1.1 長期運行下的管道老化

在診斷原因時，可以根據(jù)管道狀態(tài)來判斷振動原因。例如凝結(jié)水管道循環(huán)閥在長期運行中，將會出現(xiàn)凝結(jié)水汽腐蝕的情況，而且凝結(jié)水管道還會在一定程度上受到?jīng)_擊力的影響，進而出現(xiàn)管道振動問題。

1.2 流體流量超限后的調(diào)節(jié)閥故障

凝結(jié)水管道在運行過程中有時難免會出現(xiàn)額定流量超出正常范圍的情況，額定流量超限將會導致調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)偏離，嚴重時還會導致流速加快，此時管道的振動幅度則會變得更大。

1.3 布局位置故障

在凝結(jié)水管道中，布局因素同樣有可能導致振動問題的發(fā)生，例如當調(diào)節(jié)閥布置位置相對較高且凝汽器位置偏低時，凝汽器接口位置就會與調(diào)節(jié)閥生成高差水柱，當內(nèi)部壓力出現(xiàn)大幅下降之后，就會因為腐蝕問題加劇而導致振動問題的出現(xiàn)。

1.4 管件故障

調(diào)節(jié)閥管徑、管件同樣可能導致振動問題的發(fā)生，若調(diào)節(jié)閥管徑管件無法滿足核電廠的實際需求，就有可能因為消耗汽水沖擊力不足而導致沖擊振動的發(fā)生[1]。

1.5 樹脂失效

強堿性陰樹脂比強酸性陽樹脂濕真密度更小，所以在混床內(nèi)一般會加入ROH 型陰樹脂并在底部放入RH 性陽樹脂。樹脂顆粒密度參數(shù)將會對沉降速度造成影響，顆粒密度與沉降速度變化成正比，若樹脂在運行中失效，就需要進行反應(yīng)分離與再生，此時便會出現(xiàn)雜質(zhì)，而且雜質(zhì)還會隨蒸發(fā)而混入蒸發(fā)器，當硫酸鹽濃度增加后，就會導致管道振動問題的發(fā)生。

2 凝結(jié)水管道振動處理方法

凝結(jié)水管道減振工作的根本目的就是減緩管道內(nèi)部流體瞬變產(chǎn)生的振蕩運動，這種減振方式要結(jié)合振動情況來進行判斷，諸如增加支撐等方式均屬于不停機處理，能夠避免非計劃停機造成嚴重經(jīng)濟損失，而停機處理方式則多數(shù)將會涉及到設(shè)備性能參數(shù)，因此停機處理應(yīng)該連同供應(yīng)商來一同解決。對凝結(jié)水管道振動而言，應(yīng)該盡量避免使用停機停工的處理方法，否則便會導致經(jīng)濟性出現(xiàn)嚴重損失。

2.1 加裝減振支架

通過加裝減振支架的方式進行管道振動處理能夠有效降低振動問題所帶來的影響。減振支架能夠在一定程度上減緩調(diào)節(jié)閥附近管道的振動，對管系開展模態(tài)分析，能夠獲取到管道振型情況，然后便可以綜合模態(tài)振型來合理布置減振支架。在針對減振方案開展應(yīng)力分析時，需要判斷應(yīng)力條件能否滿足減振需求。對凝結(jié)水管道而言，合理安裝減振支架是振動改造期間的重中之重，減振支架的加裝會導致管道振動頻率下降，若發(fā)現(xiàn)部分測點仍然存在管道振動的情況，則需要對凝結(jié)水管道進行更加深入的減振改造。圖1 為管道支架。

圖1 管道支架（單位：mm）

2.2 加裝阻尼設(shè)備

對管道振動參數(shù)以及振動頻譜進行分析，可以選擇在合適的位置加裝阻尼減振器，阻尼減振器可以有效降低管道振動帶來的影響。阻尼減振器根據(jù)類型不同其適用范圍各不相同。例如青島GERB出廠的RRD阻尼減振器就可以在壓力脈動引起的管道振動中發(fā)揮出良好的減振效果，因為減振器布置具有阻尼液與阻尼筒并且未對管道熱位移進行限制，所以會產(chǎn)生與動力響應(yīng)成正比的阻力，利用消耗管道振動的方法可以有效減少振動問題所帶來的影響。圖2 為阻尼減振器。

圖2 阻尼減振器

2.3 吊架改裝分析

吊架晃動是影響凝結(jié)水管道振動的重要因素，若發(fā)現(xiàn)吊架存在晃動問題則應(yīng)該進行吊架改造，以此來降低吊架帶來的振動影響。當拉桿過長時，在運行階段就會在流體作用下出現(xiàn)晃動問題，若能夠在不影響吊架原有功能的同時將吊架改造成為支架，便可以從地面進行固定，進而防止晃動情況的發(fā)生[2]。

3 相關(guān)案例分析

3.1 案例1

3.1.1 振動現(xiàn)象

X 核電廠的凝結(jié)水管道在使用過程中發(fā)現(xiàn)水平管線支架錨固板與墻體存在分離的情況，管道運行時發(fā)生了輕微下沉，因此影響到了機組正常運轉(zhuǎn)。機組在投入運行初期，凝結(jié)水管道的振動現(xiàn)象相對較弱，并為被核電廠工作人員察覺，而隨著機組運行時間的延長，凝結(jié)水管道的振動越來越劇烈，個別管道甚至出現(xiàn)了支吊架脫落的情況。調(diào)整閥門與旁路管在振動過程中產(chǎn)生了較為嚴重的噪音。圖3 為凝結(jié)水系統(tǒng)圖。

圖3 凝結(jié)水系統(tǒng)圖

3.1.2 振動原因

工作人員對凝結(jié)水管道的使用情況進行現(xiàn)場檢測后發(fā)現(xiàn)，管道系統(tǒng)其主要振源并不是凝結(jié)水泵或其他分支管道，凝結(jié)水系統(tǒng)所面對的非正常壓力波動同樣與凝結(jié)水泵無關(guān)。通過針對管道系統(tǒng)匯總的其他設(shè)備進行監(jiān)測與排查，工作人員發(fā)現(xiàn)了調(diào)整閥門開度會在負荷恒定的情況下出現(xiàn)非正常變化，閥門開度的波動幅度最大達到了4%。機組還有部分管段振幅較大，最大振幅達到了3cm。調(diào)節(jié)閥門開度的變化將會導致管道流體、流量產(chǎn)生瞬變，因此凝結(jié)水管道流體生成的振蕩運動將會影響到凝結(jié)水系統(tǒng)。由于管道不同，支撐情況存在明顯差異性，所以在面對流體振蕩運動時，個別部位會發(fā)生較為劇烈的振動。管道系統(tǒng)振動日益激烈的主要原因是調(diào)節(jié)閥門開度穩(wěn)定性下降以及支吊架在長期使用中出現(xiàn)的松動。從本質(zhì)出發(fā)，凝結(jié)水管道振動的主要外因就是因為支撐能力出現(xiàn)了問題，因為約束力無法制約振動產(chǎn)生的變位問題而導致振動愈發(fā)嚴重。

3.1.3 診斷方法分析

在進行凝結(jié)水管道振動診斷時，檢查人員優(yōu)先針對設(shè)備的外部運行環(huán)境進行了檢查，可以發(fā)現(xiàn)管道運行環(huán)境與日常檢查時的環(huán)境一致，并不存在環(huán)境異常的情況。

檢查人員針對與管道相連的機械設(shè)備進行了檢查，檢查時并未發(fā)現(xiàn)機械設(shè)備的異常響動。

在針對泵的啟停以及閥門檢查時，檢查人員發(fā)現(xiàn)了閥門動作異常，因此可以初步判斷管道振動是由閥門動作導致的壓力脈動所引發(fā)的。結(jié)合設(shè)備進行檢查時發(fā)現(xiàn)閥門開度的最大波動達到了4%，瞬間波動導致的管道內(nèi)部流體流量瞬變是引發(fā)管道振動的關(guān)鍵。

3.1.4 減振對策

X 核電廠減緩凝結(jié)水管道振動的核心措施就是盡量減少流體瞬變生成的振蕩問題，這種減振方式必須在機組停運后方能進行，所以為了減少非計劃性停機而造成嚴重經(jīng)濟損失，并保證凝結(jié)水管道的運行安全性。X 核電廠在減振過程中采用了不停機限振對策，通過調(diào)整管道支吊架松緊度使吊架的受力情況變得更加合理，降低流體帶來的瞬變沖擊。

機組在低負荷運行時，開啟凝結(jié)水泵再循環(huán)門，可以通過分類調(diào)節(jié)的方式降低振動沖擊。

通過分析凝結(jié)水管道的各項參數(shù)，并在凝結(jié)水管道中添加更多支撐，通過支撐對振動變位進行有效約束。在加入支撐時，開展全方位受力分析，通過充分考慮不同狀態(tài)下的管道變位情況，來杜絕不良限振對管道造成危害。

X 核電廠通過開展凝結(jié)水管道的限振處理，管道減振能力得到了明顯的提高，若需要徹底消除振動隱患，則應(yīng)該注意針對調(diào)整閥門開度瞬變進行處理。通過將閥門開度波動控制在1%以內(nèi)，并降低振幅波動，就可以實現(xiàn)對管道振動的控制。

3.2 案例2

3.2.1 振動現(xiàn)象

該核電廠為了擴大生產(chǎn)，進行了改建工作，使管道的中心線高度明顯提升，提升幅度達到10 米，長度增加了15米，提高了生產(chǎn)效率。但是于三個月前發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水管道存在振動現(xiàn)象，通過觀察發(fā)現(xiàn)，在機組運行初期階段，振動現(xiàn)象不明顯，但后期發(fā)現(xiàn)，振動的嚴重程度與機組運行時間呈正相關(guān)，最嚴重時甚至部分設(shè)備脫落。進一步觀察發(fā)現(xiàn)，凝結(jié)水管道閥門振動最明顯。

3.2.2 診斷過程

分析凝結(jié)水管道發(fā)生振動的原因發(fā)現(xiàn)，管道壓力波動存在異常。具體原因分析流程如下：1）檢查凝結(jié)水泵，未發(fā)現(xiàn)異常，因此排除由凝結(jié)水泵導致的振動。2）觀察分支管道，未見振動現(xiàn)象，排除該項原因。3）觀察參數(shù)監(jiān)測設(shè)備，發(fā)現(xiàn)閥門負荷變化存在異常，初步判斷故障由此導致。4）排查閥門，未見故障，因此考慮與閥門流過的流體所產(chǎn)生的振動有關(guān)。進一步分析，確認了上述原因。

3.2.3 減震措施

首先考慮到管道吊架由于振動而掉落，因此將其擰緊固定，確保吊架受力分配均勻。

對流體流量進行調(diào)整，首先減小流量，發(fā)現(xiàn)振動現(xiàn)象減弱，繼續(xù)減小流量，發(fā)現(xiàn)振動現(xiàn)象消失。

在管道特殊部位增加支撐性結(jié)構(gòu)，避免在發(fā)生類似故障后，再次出現(xiàn)吊架以及其他設(shè)備脫落的問題。

凝結(jié)水管道在改造前后的質(zhì)量參數(shù)差別非常大，改造后其振動問題得到了控制。表1 為改造前后振動速度對比。

表1 改造前后振動速度對比

4 提高核電廠凝結(jié)水管道振動診斷處理水平的對策

為了保證診斷以及處理效果，落實管理工作是關(guān)鍵步驟。而管理則需要從體系的建立、質(zhì)量管理等方面出發(fā)而實現(xiàn)。

4.1 完善凝結(jié)水管道診斷處理體系

事前管理是預(yù)防凝結(jié)水管道振動問題的關(guān)鍵，通過安排專人進行定期管道檢查可以促使管道運行效果得到保障，在提高管道使用壽命的同時增加管道運行穩(wěn)定性。在事前檢查過程中，若發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水管道存在異常情況，就必須及時進行針對性處理，以此來避免故障問題的進一步惡化。在事中管理過程中，需要從故障定位著手，即當振動問題發(fā)生后，要在第一時間針對故障區(qū)域進行定位，定位完成后及時進行振動診斷處理。事后管理期間需要進行振動故障記錄，事后管理有助于增加振動故障的診斷處理經(jīng)驗，進而保證后續(xù)面對振動故障時，能夠找出更好的處理方式。將PDCA 循環(huán)法融入診斷管理體系中，可以讓診斷管理變得更加規(guī)范。即將診斷管理體系劃分為提出診斷計劃、診斷計劃執(zhí)行、執(zhí)行效果檢查、檢查結(jié)果處理四個步驟，若在任何步驟發(fā)現(xiàn)診斷存在問題，就需要重新循環(huán)診斷過程。診斷管理體系作為開展凝結(jié)水管道管理的關(guān)鍵，可以通過事前、事中、事后管理的方式對凝結(jié)水管道診斷工作進行拆解。

4.2 提高管道材料質(zhì)量

為了降低振動故障所帶來的影響，可以通過材料管理來保證材料性能滿足凝結(jié)水管道的運行需求。在材料管理期間，采購材料時要注意對材料性能進行檢測，材料質(zhì)量檢測是確認材料性能的重中之重。在選擇材料時，要注意驗證是否具有合格證書與檢測報告，只有杜絕材料性能問題才能夠保證管道運行質(zhì)量。當管道材料驗收完成后，應(yīng)該注意加強材料倉儲管理，結(jié)合材料特性來合理選擇倉儲形式，能夠降低倉儲對材料質(zhì)性能的影響[3]。管道材料的主要作用就是在振動等一系列故障發(fā)生時對相關(guān)的管道部件進行更換，所以在倉儲期間需要注意控制倉儲成本，防止因為倉儲成本過高而影響到凝結(jié)水管道的故障處理效果。

4.3 做好管道振動監(jiān)督工作

凝結(jié)水管道振動監(jiān)管是保證凝結(jié)水管道運行效果的重要環(huán)節(jié)，通過在合理位置加裝監(jiān)督設(shè)備，可以對凝結(jié)水管道的各項運行參數(shù)進行采集。對凝結(jié)水管道而言，很多振動問題都是在流體沖擊時產(chǎn)生。因此可以在管道轉(zhuǎn)角位置進行監(jiān)督，持續(xù)了解管道內(nèi)部的流體沖擊情況，若沖擊力出現(xiàn)異常參數(shù)，則要及時安排診斷人員進行分析與處理，避免異常問題的進一步擴大。在科技的不斷發(fā)展中，凝結(jié)水管道可以實現(xiàn)遠程動態(tài)監(jiān)管，遠程動態(tài)監(jiān)管與定期運維相結(jié)合，可以讓凝結(jié)水管道管理效果得到進一步提高。

5 結(jié)論

總而言之，凝結(jié)水管道是核電廠中的重要組成部分，凝結(jié)水管道的運行質(zhì)量與核電廠的運行效果息息相關(guān)，管道振動作為常見故障問題之一，對其診斷處理管理進行研究，能夠讓管道運行更加順利，并提高管道安全性。相信隨著更多人了解到核電廠凝結(jié)水管道振動診斷處理的重要性，凝結(jié)水管道的運行質(zhì)量一定會變得更好。