核電廠工藝系統(tǒng)管道振動(dòng)測(cè)量與評(píng)價(jià)方法

林黎明 楊中敏

摘 ? ?要：倘若核電廠的管道處在高振動(dòng)水平的惡劣狀況下運(yùn)行，那么它的焊縫等危險(xiǎn)截面就將會(huì)產(chǎn)生非常大的安全隱患，與此同時(shí)，在管道振動(dòng)的情況下，小支管、安裝的閥門(mén)等多個(gè)部位都將遭受不利影響。在核電廠之內(nèi)，工藝系統(tǒng)管道的完整性是最為重要的，它是核電廠得以順利運(yùn)行的關(guān)鍵所在。怎樣才能夠針對(duì)于核電廠工藝系統(tǒng)管道的振動(dòng)實(shí)施有效的測(cè)量與評(píng)價(jià)，是現(xiàn)現(xiàn)階段相關(guān)技術(shù)人員必須要高度重視的問(wèn)題。為此，本文結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)核電廠工藝系統(tǒng)管道振動(dòng)的測(cè)量與評(píng)價(jià)方法展開(kāi)了探討，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員的工作提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：核電廠;管道振動(dòng);測(cè)量;評(píng)價(jià)方法

1 ?引言

在核電廠當(dāng)中，工藝管道系統(tǒng)的完整與否，將會(huì)對(duì)整個(gè)核電廠的生產(chǎn)運(yùn)行造成直接影響，因此，怎樣才可以實(shí)施科學(xué)、有效的管道振動(dòng)測(cè)量與評(píng)價(jià)工作，是當(dāng)前相關(guān)技術(shù)人員所重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。相較于旋轉(zhuǎn)機(jī)械而言，管道振動(dòng)的測(cè)量與評(píng)價(jià)方法是完全不同的，除了表現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)選取、數(shù)據(jù)處理等方面的差異外，因?yàn)槊恳粭l管道都于結(jié)構(gòu)、介質(zhì)以及工況等方面有很大的不同，因此，管道振動(dòng)并不具備統(tǒng)一規(guī)范的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)的數(shù)值往往會(huì)在不同的管道中有不同的表現(xiàn)。

2 ?管道振動(dòng)測(cè)量

通過(guò)傳感器來(lái)對(duì)管道振動(dòng)的信號(hào)進(jìn)行拾取。能夠用以對(duì)管道振動(dòng)測(cè)量的傳感器類型包括了：位移傳感器、速度傳感器以及加速度傳感器等。具體來(lái)看，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，加速度傳感器由于動(dòng)態(tài)線性有著范圍寬、質(zhì)量小、抗干擾能力強(qiáng)以及耐用可靠等的優(yōu)點(diǎn)，所以在管道振動(dòng)的測(cè)量當(dāng)中的應(yīng)用范圍非常廣泛。

管道振動(dòng)原始信號(hào)在經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、抗混濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換等的信號(hào)處理之后，將被送入到振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在經(jīng)過(guò)濾波、積分、快速傅里葉變換處理以后，就能夠獲取到管道振動(dòng)速度峰值和振動(dòng)頻譜。

3 ?管道振動(dòng)評(píng)價(jià)

管道振動(dòng)測(cè)量結(jié)果評(píng)價(jià)依據(jù)ASME OM-S/G-2000第3篇《核電廠管系預(yù)運(yùn)行和初始起動(dòng)時(shí)的振動(dòng)試驗(yàn)要求》規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)速度。許用速度峰值的表達(dá)式如下可見(jiàn)：

[Vallow=C1C4C3C5×13.4×0.8×SAαC2K2]

[C3=1.0+WFW+WINFW]

式中：

C1——補(bǔ)償管道特征跨度上集中質(zhì)量（如閥門(mén)等）影響的修正系數(shù);

C2、K2——ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范規(guī)定的二次應(yīng)力、局部指數(shù)，在大多數(shù)的關(guān)系當(dāng)中：C2K2是不超過(guò)4的。

C3——考慮管內(nèi)介質(zhì)與保溫層質(zhì)量的修正系數(shù);

W——單位長(zhǎng)度當(dāng)中的管道重量，kg/m;

WF——單位長(zhǎng)度內(nèi)管內(nèi)介質(zhì)的重量;

kg/m——保溫層重量;

MINS——在無(wú)保溫且孔的管道或是蒸汽管道當(dāng)中C3等于1;

C4——考慮管道不同支撐形式的修正系數(shù)，針對(duì)直跨兩端的固定，C4通常取0.74;針對(duì)于等弧U形彎頭，C4一般情況下去取0.83;

C5——考慮偏離共振的強(qiáng)迫振動(dòng)修正系數(shù)，它等于管跨一階自然頻率與主頻率之比;

SA——ASME過(guò)濾與壓力容器規(guī)范規(guī)定的交變應(yīng)力，MPa;

α——許用應(yīng)力折減系數(shù)。

把實(shí)際測(cè)試所得到的管道振動(dòng)速度VP和計(jì)算獲取到的Vallow實(shí)施對(duì)比分析，倘若前者不超過(guò)后者，那么就說(shuō)明管道振動(dòng)合格，相反，倘若前者超過(guò)了后者，就說(shuō)名管道的振動(dòng)不合格。

4 ?管道振動(dòng)故障診斷

在發(fā)現(xiàn)管道的振動(dòng)超過(guò)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之后，根據(jù)管道振動(dòng)的頻譜，在振源分析、運(yùn)行工況分析以及支撐分析的角度上來(lái)針對(duì)于管道的故障實(shí)施診斷，并結(jié)合具體情況，采取有效的管道振動(dòng)處理方案，待處理方案在現(xiàn)場(chǎng)完成是實(shí)施之后，再次進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量驗(yàn)證方案是否發(fā)揮了作用。

在此分析了我國(guó)某發(fā)電機(jī)組輔助汽動(dòng)給水泵（下文簡(jiǎn)稱為汽動(dòng)泵）入口管道，此管道的具體不知和振動(dòng)測(cè)點(diǎn)具體可見(jiàn)圖1。在小流量的工況之下，測(cè)點(diǎn)1水平方向（1H）振動(dòng)幅值為119.5mm/s，相較于管道振動(dòng)的限制85mm/s而言，其振動(dòng)是不合格的。

4.1 ?振源分析

導(dǎo)致管道產(chǎn)生振動(dòng)的力就是激振力。通過(guò)對(duì)此泵具體狀況的深入分析，經(jīng)過(guò)綜合性的探析發(fā)現(xiàn)，此泵在實(shí)際應(yīng)用中的激振力的來(lái)源包括了：①汽動(dòng)泵本體的振動(dòng)傳遞到入口管道;②入口管道道中流體流場(chǎng)不夠問(wèn)題，導(dǎo)致激振力出現(xiàn);③和入口管道相連的其他旋轉(zhuǎn)機(jī)械正常運(yùn)行造成激振力傳遞到入口管道。

在小流量的工況之下，汽動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速是8400轉(zhuǎn)/分鐘左右，其產(chǎn)生的激振頻率主要為8400/60=140Hz;和汽動(dòng)泵入口管道相連接的旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備是輔助電動(dòng)給水泵，電動(dòng)給水泵的額定轉(zhuǎn)速是2980轉(zhuǎn)/分，它所造成的激振頻率是2980/60=49.7Hz。

在對(duì)振動(dòng)超標(biāo)情況下振動(dòng)頻譜進(jìn)行觀察后能夠得知，頻譜主要的頻率成分是21.36Hz，沒(méi)有看到較為明顯的49.6Hz以及140Hz頻率和倍頻峰值，因此能夠發(fā)現(xiàn)，汽動(dòng)泵入口管道的振動(dòng)并不是汽動(dòng)泵本體與進(jìn)口管道相連的其他旋轉(zhuǎn)機(jī)的運(yùn)行而導(dǎo)致的。此外，考慮到汽動(dòng)泵運(yùn)行工況是小流量的情況，在小流量的工況當(dāng)中，流場(chǎng)通常缺乏穩(wěn)定性，所以，汽動(dòng)泵入口管道振動(dòng)的激振力更多的因?yàn)槿肟诠艿乐辛黧w流場(chǎng)的不穩(wěn)定而產(chǎn)生的。

不穩(wěn)定流場(chǎng)可以產(chǎn)生寬頻能量帶。倘若管道的固有頻率落在能量帶之內(nèi)，同時(shí)和能量帶內(nèi)幅值較高的頻率成分相同，在此情況下，就將導(dǎo)致共振。汽動(dòng)泵入口管道振動(dòng)超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后，對(duì)沒(méi)有沖水的管道實(shí)施敲擊測(cè)試，發(fā)現(xiàn)管道固有頻率為20JHz，和振動(dòng)超標(biāo)頻率內(nèi)的振動(dòng)主頻大致相同，所以能夠得知，汽動(dòng)泵入口管道振動(dòng)超標(biāo)就是共振而導(dǎo)致的。

4.2 ?振動(dòng)處理措施與效果

在不對(duì)管道內(nèi)流體狀態(tài)進(jìn)行改變的同時(shí)，要想將共振故障解決，就需要將管道的固有頻率提高，使得管道的頻率避不開(kāi)穩(wěn)定流場(chǎng)造成的能量帶幅值較高的頻率成分。管道固有頻率的調(diào)整，一般情況是利用對(duì)管道剛度與質(zhì)量的調(diào)整來(lái)完成的。結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行工藝的要求及現(xiàn)場(chǎng)安裝的具體情況，最合適且最可靠的方式就是將管道固有頻率和管道支撐形式與位置進(jìn)行改變。

5 ?結(jié)束語(yǔ)

總而言之，要想提高管道振動(dòng)測(cè)量及評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性與可靠性，除了需要科學(xué)的測(cè)量方法以及規(guī)范的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以外，還應(yīng)當(dāng)充分考慮到電廠的具體運(yùn)行狀況，把握各方面因素，從而真正實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，真正做到對(duì)管道振動(dòng)的治理。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙岳，何超，徐偉祖，韋超，鮑宇.核電廠調(diào)試期間核級(jí)管道振動(dòng)測(cè)量工作改進(jìn)[J].核動(dòng)力工程，2015（5）：111～113.