核電廠常規(guī)島工藝管道振動改善路徑的實例研究

楊宏飛，陽汾泉，黃偉

核電廠常規(guī)島工藝管道振動改善路徑的實例研究

楊宏飛，陽汾泉，黃偉

（臺山核電合營有限公司，廣東臺山529228）

在核電廠常規(guī)島工藝管道方面，我國目前大部分采用的都是柔性設計，導致管道中流體較不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生振動。所以要對常規(guī)導管道工藝進行深入的改善，可以通過下文中的方案實現(xiàn)。

核電廠；常規(guī)島工藝管道振動；改善路徑

因為核電廠常規(guī)島的大部分管道工藝都是屬于柔性設計和非抗震類型的，所以就導致了管道不僅在水平方向和垂直方向的剛度都非常低，本文以某個核電廠的常規(guī)島主蒸汽管道至除氧器加熱管振動改造為例，提出下列方案來進行改善。

1 常規(guī)島改造的依據(jù)

常規(guī)島管道震動的原因一般有兩個：第一個是因為自身管道的設計和布置完全干擾并導致支架無法進行正常的選型和布置，因為鋼管的剛度太低，一旦發(fā)生干擾就會出現(xiàn)振動；第二點是因為管道內(nèi)的介質(zhì)處于高溫高壓狀態(tài)且不穩(wěn)定，從而導致管道容易出現(xiàn)振動（主要表現(xiàn)在管內(nèi)飽和蒸汽在管道變向和管徑縮放時產(chǎn)生的不穩(wěn)定流體，以及運行過程中自身的繁瑣和被節(jié)流孔設計導致的不正當使用）這是常規(guī)島工藝管道震動的誘發(fā)因素。

管道的振動是因為管道內(nèi)流體不穩(wěn)定，以及管系自身工藝柔性設計的相關(guān)原因?qū)е?。通過支架應力及管道盈利的計算對其進行分析，要改善的是在不改變原有管道布置的前提下，通過改變支架的選型和布置位置來減少管道震動，此是較為常用的辦法，提高管道的剛度反而會增加成本且減震效果不理想。

在之前的管道改造中，一般采取的是三種方法，這三種方法各有好處和弊端，三種方法分別是：

第一種是在管道振動比較大的地方直接建設布置剛性進行支持，此種方式雖然可以在短時間內(nèi)穩(wěn)定，但是長期運行會造成安全隱患，因為將支架添加到所進行管道應力分析的位置，有可能就造成原有支架和現(xiàn)有支架的載荷過高；

第二種方法是增添阻尼器，這樣雖然可以降低設計量，從而對其改善，但是耗費的金錢經(jīng)費實在太多了[1]；

第三個辦法是修改自身工藝流程和管道的布置。這個方法雖然有所改善，但是并不能實際的去解決問題，其振動效果沒有得到最大控制，并且在大量的設計量中，還浪費了周期時間及金錢。

因為上述的三個方法都有一定的缺陷，所以在大量分析研究的基礎上，設計了下述的改造方案。改善的流程如下：第一步，要先進行系統(tǒng)的現(xiàn)場勘測，同時給出監(jiān)測前后的振動測量結(jié)果，從而制定合理改善方案；第二步，要進行分析和計算震動時的極限數(shù)值，從而分析振動的原因；第三步，要進行改善管道方案的可行性的論證；第四步，設計和改造管道的支吊架；第五步，要在改造完成后進行全面的評測和對比，從而驗證改造是否達到預期要求，在這我們將利用主蒸汽管道至除氧器加熱管為例來進行敘述改造及改造后的結(jié)果。

2 常規(guī)島管道振動改善路徑

（1）管道振動測量。在改造之前，要進行規(guī)范的振動測量，現(xiàn)場勘查振動較大的位置，測量管道的振動幅值，X方向的振動幅值在1 634 μm，Y向的振動幅值在1 115 μm，Z向的振動幅值在2 566 μm.

（2）管道振動分析和計算限值。根據(jù)ASMEOM3的第五節(jié)進行管道振動限值，結(jié)果表明X方向的振動限值是1 120 μm，Y向的振動限值是638 μm，Z向的振動限值1 321 μm，分析過管道的振動幅值后，發(fā)現(xiàn)在三個方向的振動幅值數(shù)據(jù)中的三個振動指數(shù)看起來比較大，超過了規(guī)定標準的范圍極限數(shù)值，所以，不能簡單地進行改善并且創(chuàng)建支架。如果支撐位置沒有恰當?shù)姆乐?，那么此支撐只能會對管道進行損害?；蛘哂忠驗橥饬淼囊蛩馗淖兞讼鄬Φ恼駝雨P(guān)系，從而不但沒有改善管道的振動，反而加重了管道的損害，所以為了改善目的，確定改造方案，就必須根據(jù)管道的實際情況，利用PIPE728建立模型，進行管道頻率的分析，分析結(jié)果顯示為第一階方向Z的頻率在0.18 Hz，第二階方向Z的頻率為0.41 Hz，第三階方向Z的頻率在0.47 Hz，第四階方向X的頻率在0.72 Hz，第五階方向X的頻率在0.83 Hz，通過在圖1新增支架的位置中可以得出一個結(jié)果：在固有頻率的分析下清楚地看到了在管道X、Z的兩個方向上，頻率很低，說明其它的剛度很小，容易被振動，結(jié)合表1管道振動極限中就可以得出了，在大部分管道振動中的部位和方向與管道低階主模態(tài)的位置和方向一致，當然也有小部分管道振動和模態(tài)不相符[2]，但是面對這兩種情況，要進行三個方面的改善。

圖1 新增支架位置

表1 管道振動幅值

首先，要分析計算管系的振動模態(tài)，在分析過后的振動模態(tài)中要找出相對的位置，從而進行有效的剛性支撐建設，有效的提高管系的耐震。

其次，要找到振動部位、方向和主模態(tài)不同的位置上進行支撐設置。

最后，要對管道的支吊架改善方案進行分析和計算，從而在論述中證明出剛性支撐并不能良好的改善這個問題但是沒有其他的設備可以幫助減少振動的情況下進行設置阻尼器。

（3）要進行改善的方案是：根據(jù)上文所說的辦法，在測量過后精準地在一個位置進行支架的增設，改造后的頻率是第一階方向Z的頻率在1.71 Hz，第二階方向Z的頻率在2.46 Hz，第三階方向Y的頻率在3.49 Hz，第四階方向X的頻率在4.17 Hz，第五階方向X的頻率在4.38 Hz和上述的數(shù)據(jù)進行對比過后得出的結(jié)論是，在進行改善過后，有效地提高到了管道的抗擾，改善了管道振動環(huán)境。

（4）改造結(jié)果。根據(jù)以上管道振動分析及限值解散，改變了傳統(tǒng)支架的支撐方向及新添加剛性支架，改造之后的主蒸汽管道管道至除氧器加熱管振動復制詳見表2，將表2和表1相互對比，表示改造之后的主蒸汽管道至除氧器加熱管的震動幅值有所降低。

表2 改造之后管道振動幅值

（4）分析改造方案的可行性。在對主蒸汽管道至除氧器加熱管進行支架上的改造有一個前提條件，那就是在改善過后不能過分地去進行主蒸汽管道至加熱管原有的熱脹設計和自重設計的降低，要保證改善過后管系的運行是安全可靠的，因為管道自身的設計本來就是柔性的設計，所以它有充足的寬松性質(zhì)。在管道中可能會出現(xiàn)膨脹導致的一些問題，從而破壞掉管道，有了這樣的設計，就不會因為偶爾的一次應力過大就破壞掉現(xiàn)用的碳鋼或者不銹鋼管道。由于不能反復地進行加載和卸載讓管道受到疲勞從而破壞掉現(xiàn)有的管道，所以要對管道的自限應力進行放寬限制，從而針對性地對柔性設計的振動管系進行支吊架改良設計，雖然可能舍棄掉了或者說犧牲掉了它原有的熱脹余量，但是卻完美地加強了管系的剛度的同時增加了管系的自重載荷[3]。

3 結(jié)束語

核電廠常規(guī)島及一般電廠都具有設計較柔的工藝管道，在管道不穩(wěn)定流體載荷中，一般都具有明顯的震動，所以就要使用必要的措施對其進行改善，保證核電廠工藝管道在運行過程中的安全性。本文提出了現(xiàn)有方式的不足，以不改變管道傳統(tǒng)布置為基礎，提出了解決電廠管道振動的問題，此方法安全、經(jīng)濟且有效，并且具有明顯的震動改善效果，并且振動幅值在允許范圍中。

[1]舒作敏.淺議核電站改進項中管道的設計與布置[J].科技創(chuàng)新與應用，2016（26）：199.

[2]姜鋒，趙軍軍，王娟怡.核電站改進項中管道的設計與布置[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2013（10）：92-93.

[3]李崗，梁兵兵，殷海峰.核電廠常規(guī)島工藝管道振動改善研究[J].核動力工程，2012（06）：93-95，100.

Case Study Plant Ci Process Piping Vibration Improvement Path

YANG Hong-fei，YANG Fen-quan，HUANG Wei
（Taishan Nuclear Power Joint Venture Co.，Ltd.，Taishang Guangdong 529228，China）

In the conventional island of nuclear power plant piping，at present most are used in flexible design，leading to the fluid in the pipeline is not stable，extremely easy to produce vibration.Therefore，we should improve the process of conventional island pipeline，put forward the following solutions to improve.

nuclear power plant；conventional island process piping vibration；to improve the path

TM623.1

A

1672-545X（2017）07-0161-02

2017-04-29

楊宏飛（1984-），男，陜西扶風人，大學本科，工程師，主要從事核電站常規(guī)島管道設計采購管理工作。