AP1000核電站主給水泵再循環(huán)和大循環(huán)管道

胡振煜++遲威++屠攀

摘 要：三門核電站1號(hào)機(jī)組常規(guī)島調(diào)試過程中，主給水泵再循環(huán)和大循環(huán)管道都出現(xiàn)振動(dòng)高情況，根據(jù)《DL/T1103-2009核電站管道振動(dòng)測(cè)試與評(píng)估》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算評(píng)估，通過對(duì)管道振動(dòng)根本原因分析并采取針對(duì)性措施，顯著改善了管道振動(dòng)情況、使振動(dòng)降低到合理水平，確保了系統(tǒng)和設(shè)備安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：主給水管道 振動(dòng) 治理 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU990 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（c）-0020-03

三門核電1號(hào)機(jī)組是全球首臺(tái)采用AP1000第三代核電技術(shù)的機(jī)組，主給水系統(tǒng)調(diào)試期間，主給水泵再循環(huán)和大循環(huán)管道振動(dòng)測(cè)量結(jié)果未達(dá)到DL/T1103-2009合格標(biāo)準(zhǔn)。為解決該問題，進(jìn)行了振動(dòng)根本原因分析并采取針對(duì)性的降振措施，最終治理效果達(dá)到預(yù)期。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和管道振動(dòng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

主給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)參見圖1所示，主給水泵組為3×33.3%配置。主給水泵小流量運(yùn)行時(shí)，再循環(huán)流量1100m3/h、再循環(huán)閥上游與節(jié)流孔板下游壓差約9MPa；大循環(huán)管道在機(jī)組啟動(dòng)前二回路水質(zhì)調(diào)整時(shí)投運(yùn)，主給水泵為大循環(huán)提供壓頭，大循環(huán)目標(biāo)流量1700t/h，此時(shí)大循環(huán)閥前后壓差約8.3～8.8MPa。

一期調(diào)試期間，基于DL/T1103-2009標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)管道振動(dòng)水平，參見表1；測(cè)量振幅作為分析的輔助參數(shù)。實(shí)際執(zhí)行時(shí)，通常在最大峰值振速測(cè)量值大于1倍最大峰值振速允許值（而不是標(biāo)準(zhǔn)推薦的2）時(shí)，出于保守考慮即采取降振措施。

2 管道振動(dòng)概況、分析與治理

引起管道振動(dòng)的因素很多，常見的有轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備作用在管道上的激振力、流體脈動(dòng)產(chǎn)生的激振力、水錘、汽蝕、管道剛度不足等[1]。調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)管道振動(dòng)問題時(shí)，應(yīng)綜合考慮工程進(jìn)度、費(fèi)用、有效性等因素，避免盲目的對(duì)管道布置、或主要設(shè)備做大的改動(dòng)，而是針對(duì)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進(jìn)行根本原因分析，借鑒成功經(jīng)驗(yàn)，采取針對(duì)性強(qiáng)、工程量小的治理措施。

2.1 主給水泵再循環(huán)管道

2.1.1 振動(dòng)概況

3臺(tái)主給水泵再循環(huán)管道振動(dòng)現(xiàn)象類似，以C泵再循環(huán)管道為例，測(cè)點(diǎn)1所在管段晃動(dòng)幅度大、頻率低，測(cè)點(diǎn)3、4所在管段振幅較小、但振動(dòng)頻率高，測(cè)點(diǎn)2處振動(dòng)介于兩段水平管之間。從改造前振速測(cè)量結(jié)果來看，3、4點(diǎn)振速接近、甚至超過1倍限值。管道布置參見圖2、振動(dòng)數(shù)值參見表2。

2.1.2 根本原因分析

首先，對(duì)管道支吊架安裝情況進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)并處理了部分吊架吊桿彎曲未受力、限位支架的限位間隙偏大等問題。這類問題對(duì)管道振動(dòng)有一定的負(fù)面影響，但從振動(dòng)狀態(tài)看并非主要因素。

第二步，結(jié)合運(yùn)行現(xiàn)象分析引起管道振動(dòng)的主要成因?，F(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，再循環(huán)調(diào)節(jié)閥前后管段振動(dòng)最為劇烈，離調(diào)節(jié)閥較遠(yuǎn)的管段振動(dòng)趨緩；除氧器內(nèi)部為常壓時(shí)，調(diào)節(jié)閥區(qū)域能聽到間歇性噼噼啪啪的噪音，而隨著給水溫度升高、除氧器內(nèi)部壓力升高后，噼噼啪啪的噪音減弱甚至消失。分析認(rèn)為，在給水溫度和除氧器壓力較低時(shí)，流體經(jīng)過閥門時(shí)的激振力、以及部分流體汽蝕引起管道振動(dòng)；而閥門背壓升高后，主要為激振力引起管道振動(dòng)。閥門處激振力傳遞給上游管段，而測(cè)點(diǎn)1處水平管段僅有吊架設(shè)計(jì)、柔性大，且設(shè)計(jì)有流量孔板、也存在一定的節(jié)流效果，共同作用下該段管道呈現(xiàn)晃動(dòng)幅度大、頻率低的振動(dòng)特點(diǎn)。

第三步，分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型是否合理。系統(tǒng)設(shè)計(jì)已考慮調(diào)節(jié)閥上下游壓差大、容易汽蝕這一情況，因此在閥門下游設(shè)計(jì)節(jié)流孔板，將閥門出口壓力提升了約0.83MPa；同時(shí)調(diào)節(jié)閥選型時(shí)，選用了梅索尼蘭VRT多級(jí)扛汽蝕閥籠、且計(jì)算確認(rèn)正常使用工況下不發(fā)生汽蝕。故系統(tǒng)設(shè)計(jì)和閥門選型合理，不作進(jìn)一步的優(yōu)化。

第四步，分析管道支撐改進(jìn)的必要性，并采取合理措施。國內(nèi)核電廠常規(guī)島工藝管道設(shè)計(jì)時(shí)為了盡可能不限制管道正常運(yùn)行時(shí)的熱膨脹，管道支撐多選用彈簧或剛性吊架，管道柔性大，主給水再循環(huán)和大循環(huán)管道也都呈現(xiàn)這樣的特點(diǎn)。在激振力較大時(shí)，柔性管道出現(xiàn)了明顯的振動(dòng)問題，有必要采取措施改進(jìn)管道支撐設(shè)計(jì)。

2.1.3 改進(jìn)措施

再循環(huán)管道實(shí)施了兩次管道支撐的改造，參見圖2，改造效果參見表2。

第一次改造：在小流量閥前增加了Y向液壓阻尼器，不增加管道應(yīng)力、不限制管道熱膨脹，且能耗散掉掉部分振動(dòng)能量。從測(cè)振結(jié)果來看，靠近閥門的測(cè)點(diǎn)Y向振速下降31%～42%、但X或Z向振速升高；測(cè)點(diǎn)1振動(dòng)改善效果不明顯。

第二次改造：考慮繼續(xù)引入阻尼、消除X/Z向振動(dòng)能量，鑒于現(xiàn)場(chǎng)空間有限，決定增加一臺(tái)RRD300粘滯式阻尼器，可以在所有自由度上起到阻尼減振作用。同時(shí)采取措施增大管道剛度：測(cè)點(diǎn)1所在水平管段柔性偏高，增加雙徑向限位支座；修改小流量閥后普通限位支架，改為雙徑向限位支座，限位能力加強(qiáng)。從測(cè)振結(jié)果來看，管道各測(cè)點(diǎn)的振幅和振速進(jìn)一步降低，滿足振速驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 主給水泵大循環(huán)管道

2.2.1 振動(dòng)概況

二回路水質(zhì)調(diào)整時(shí)采取多次間歇式大流量沖洗方式，目標(biāo)流量1700t/h。首次投運(yùn)大循環(huán)時(shí)，流量800t/h時(shí)管道振動(dòng)開始加劇且繼續(xù)升高趨勢(shì)明顯、完成1個(gè)點(diǎn)的振動(dòng)測(cè)量；流量勉強(qiáng)提升到1300t/h時(shí)管道振動(dòng)非常劇烈、以至于無法保持流量完成振動(dòng)測(cè)量。大循環(huán)管道布置參見圖3，800t/h工況下振動(dòng)測(cè)量值參見表3。

2.2.2 根本原因分析

第一步，檢查并處理了吊架吊桿彎曲未受力、限位支架的限位間隙偏大等問題。

第二步，結(jié)合運(yùn)行現(xiàn)象分析引起管道振動(dòng)的主要成因。大循環(huán)調(diào)節(jié)閥前后管段振動(dòng)最大、且噪音明顯；隨著流量的升高，管道振動(dòng)更趨劇烈，初步懷疑閥門處發(fā)生汽蝕。經(jīng)核實(shí)，大循環(huán)調(diào)節(jié)閥選用了普通閥籠，對(duì)試驗(yàn)工況下進(jìn)行計(jì)算、確認(rèn)發(fā)生汽蝕。流體經(jīng)過閥門的激振力、以及閥門處發(fā)生汽蝕，是引起管道劇烈振動(dòng)的主要因素。endprint

第三步，分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型是否合理。汽蝕是管道振動(dòng)的重要成因，如選用CAV-III扛汽蝕閥籠能降低或消除汽蝕，但選型設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)輸保守周期需要一年時(shí)間，該方案不可行。在維持當(dāng)前閥門選型的前提下，考慮在閥門下游增加節(jié)流孔板、提高閥后壓力，從而減少汽蝕的影響[2]。

第四步，分析管道支撐改進(jìn)的必要性和可行性。與再循環(huán)管道分析與處理思路一致，應(yīng)增強(qiáng)管道剛度，同時(shí)引入阻尼器在所有自由度上起到阻尼減振作用。

2.2.3 改進(jìn)措施

大循環(huán)管道實(shí)施了兩次改造，參見圖3，改造效果參見表3。

第一次改造：（1）在調(diào)節(jié)閥下游增加了4級(jí)節(jié)流孔板、靠近凝汽器處增加了單級(jí)節(jié)流孔板，在目標(biāo)流量下將閥后壓力提高到3MPa。經(jīng)核算，1400t/h以上流量閥門不發(fā)生汽蝕或閃蒸。（2）為增加管道剛度：①調(diào)節(jié)閥前彎頭處增加支撐；②將閥前普通導(dǎo)向支架修改為管部雙徑向限位支座，限位能力加強(qiáng)；③調(diào)節(jié)閥后彎頭下方豎直管剛性支架處增加雙徑向限位支座。

此輪改造后，大循環(huán)流量能提升到1300t/h，振動(dòng)目視較改造前有改善、并且完成了振動(dòng)測(cè)量工作；但繼續(xù)提升流量存在較大風(fēng)險(xiǎn)，新增節(jié)流孔板處振動(dòng)較改造前增大。

第二次改造：參考再循環(huán)管道改造經(jīng)驗(yàn)，在大循環(huán)管道振動(dòng)劇烈位置安裝了4個(gè)RRD粘滯式阻尼器（圖示為部分管段），在所有自由度上起到阻尼減振作用。

兩輪改造完成后大循環(huán)流量順利提升到1700t/h，振動(dòng)目視較之前平穩(wěn)；從測(cè)振數(shù)據(jù)看，振幅均優(yōu)秀，測(cè)點(diǎn)1、3振速合格，測(cè)點(diǎn)2振速超標(biāo)。測(cè)點(diǎn)2振速超標(biāo)，分析認(rèn)為與采用普通閥籠相關(guān)；考慮到大循環(huán)僅在調(diào)試和機(jī)組啟動(dòng)前水質(zhì)調(diào)整時(shí)投運(yùn)，使用頻率低，故調(diào)試階段不作進(jìn)一步優(yōu)化。

3 結(jié)語

主給水泵再循環(huán)和大循環(huán)調(diào)節(jié)閥前后壓差大、通過流量高，運(yùn)行工況惡劣，同時(shí)管道柔性較大，這些因素共同促成主給水泵再循環(huán)和大循環(huán)管道振動(dòng)大問題。

在處理主給水泵再循環(huán)和大循環(huán)管道振動(dòng)問題過程中，采取了合理的分析方法，即：（1）首先檢查并處理不滿足設(shè)計(jì)要求的支吊架安裝問題，確?，F(xiàn)場(chǎng)安裝滿足設(shè)計(jì)要求。（2）結(jié)合運(yùn)行現(xiàn)象分析引起管道振動(dòng)的主要成因。（3）分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型是否合理。（4）分析管道支撐改進(jìn)的必要性。基于這種基本的分析思路，采取有針對(duì)性的治理措施，成功地將管道振動(dòng)降低到合理水平。

對(duì)于還在設(shè)計(jì)階段的核電項(xiàng)目，可以從本文所述案例中吸取經(jīng)驗(yàn)，在系統(tǒng)和管道布置設(shè)計(jì)、閥門選型早期即采取措施避免管道振動(dòng)。對(duì)于已在調(diào)試或運(yùn)行的核電項(xiàng)目，也可借鑒本文所述分析和治理方法處理管道振動(dòng)問題。

參考文獻(xiàn)

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