核電廠凝結(jié)水系統(tǒng)管道振動(dòng)原因分析

劉金明

中核遼寧核電有限公司設(shè)計(jì)管理處 遼寧葫蘆島 125000

某核電站大修結(jié)束后，巡檢人員現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)核電站2號機(jī)凝結(jié)水抽取系統(tǒng)CEX011、016、020管道支吊架變形、卡箍斷裂，支吊架失效，查詢1號機(jī)相同功能位置，發(fā)現(xiàn)1號機(jī)相同功能位置支吊架也存在同類問題。本文對發(fā)生斷裂支架的管道進(jìn)行分析，給出一種新的分析方法，確定支吊架斷裂的原因[1]。

1 吊架失效系統(tǒng)管道功能簡介

現(xiàn)場發(fā)生卡箍斷裂或者限位失效的管道主要是1/2CEX011、1/2CEX016和1/2CEX020管道，1/2CEX011、016和1/2CEX020管道流程圖如下黃色背景所示：

1/2CEX016管道與1/2CEX011管道相連，主要作用為輸送冷卻水以冷卻疏水?dāng)U容器，在機(jī)組低功率下，當(dāng)疏水?dāng)U容器排氣溫度超過75℃時(shí)，1/2CEX118VL打開，為1/2CEX101BA提供噴淋水。

1/2CEX020管道與1/2CEX012/013/018/016管道相連，主要作用是冷卻凝汽器汽空間，在機(jī)組低功率下，當(dāng)凝汽器汽空間溫度75℃時(shí)，1/2CEX117/118VL打開，為凝汽器提供噴淋水。

2 吊架失效原因分析

對于管道支吊架發(fā)生卡箍斷裂或者限位失效通常從設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行幾個(gè)方面分析，發(fā)生卡箍斷裂或者限位失效的管道主要是1/2CEX011、1/2CEX016和1/2CEX020管 道。1/2CEX-020-005a和1/2CEX-011-001在管系的位置如圖2、圖3所示。

首先從設(shè)計(jì)角度對系統(tǒng)管道布置進(jìn)行分析，整理1/2CEX011、016和1/2CEX020管道等軸圖及支吊架清單，1、2號機(jī)組管道及支吊架布置相同，，1/2CEX011、016、020管道共布置23個(gè)支架，其中只有2個(gè)限位支架1/2CEX-020-005a和1/2CEX-011-001，1/2CEX-020-005a和1/2CEX-011-001抱箍全部斷裂。

1/2CEX011、016管道規(guī)格為140＊6mm，1/2CEX020管道直徑為168＊7mm，根據(jù)DL/T 5054-1996《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》計(jì)算，對于直徑為140mm，壁厚為6mm的碳鋼管道，內(nèi)部介質(zhì)為水，保溫厚度為0的情況下，管道支架最大間距為7．8m，對于直徑為168mm，壁厚為7mm的碳鋼管道，內(nèi)部介質(zhì)為水，保溫厚度為0的情況下，管道支架最大間距為8．8m。水平90°彎管兩端支吊架的管道展開長度，不應(yīng)大于水平直管上允許支吊架的最大間距的0．73倍，對于140＊6mm和168＊7mm水平90°彎管兩端支吊架的管道展開長度最大不應(yīng)該超過5．74m和6．45m。查詢1/2CEX011、016和1/2CEX020管道等軸圖及支吊架清單，管系中兩個(gè)支架的最大間距為4m，滿足規(guī)范對管道支吊架間距的要求[2]。

根據(jù)DL/T 5054-1996《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》7．2．1．1，管道的一階固有頻率應(yīng)大于 3．5hz，CAESAR II建模計(jì)算1/2CEX011、016、020管道固有頻率，計(jì)算結(jié)果如下表所示：

從以上計(jì)算結(jié)果可見，1/2CEX016管系、1/2CEX020管系一階固有頻率均小于3．5hz，不滿足規(guī)范要求。由于管系固有頻率低，當(dāng)管系受到擾動(dòng)時(shí)，容易使管系產(chǎn)生晃動(dòng)。對于此次發(fā)生管箍斷裂的支架，由于是限位支架，當(dāng)管系發(fā)生晃動(dòng)時(shí)，作用力完全由限位支架承擔(dān)，作用力完全作用在管箍上，導(dǎo)致管箍發(fā)生斷裂。

其次從管道的現(xiàn)場安裝核實(shí)，1/2CEX011、016、020支架的類型和安裝位置與設(shè)計(jì)圖紙基本一致，但是核實(shí)到1/2CEX020下游管道1/2CEX012、013、019、020管道及支架發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場SZ1型支架失效，如下圖4所示：

表1 CEX016管系固有頻率計(jì)算結(jié)果

表2 CEX020管系固有頻率計(jì)算結(jié)果

支架失效后使管系剛度進(jìn)一步降低，擾動(dòng)引起的晃動(dòng)變大。對失效的支架原因分析，由于失效支架為SZ1滑動(dòng)支架，不限制管SZ1管卡在管道上的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)管到晃動(dòng)時(shí)，容易使SZ1轉(zhuǎn)動(dòng)，造成如上圖所示的情況。

從系統(tǒng)運(yùn)行角度分析，現(xiàn)場觀察已經(jīng)損壞的支架與管道接觸處，管道漆面有較大的劃傷，在系統(tǒng)正常運(yùn)行期間，1/2CEX016/020/011無晃動(dòng)，1/2CEX016/020/011支架無晃動(dòng)，管道支架損壞應(yīng)該發(fā)生在1/2CEX117/118/119VL開關(guān)的瞬態(tài)。當(dāng)1/2CEX117/118/119VL動(dòng)作時(shí)，管系內(nèi)壓力突然變化，管道內(nèi)部可能產(chǎn)生水錘現(xiàn)象，為整個(gè)管系引入較大的擾動(dòng)。

綜上所述，在1/2CEX117/118/119VL開啟和關(guān)閉的瞬間，為管系引入擾動(dòng)，由于管系固有頻率低，使管系產(chǎn)生大的晃動(dòng)。由于SZ1不限制轉(zhuǎn)動(dòng)，在管系晃動(dòng)過程中，SZ1支架失效，進(jìn)一步降低管系剛度，由于吊架只承擔(dān)豎直方向上的作用力，水平方向、軸向作用力完全由限位支架承擔(dān)，巨大的作用力完全作用在管箍上，導(dǎo)致管箍發(fā)生斷裂[3]。

3 管道振動(dòng)原因分析方法總結(jié)

本文管道振動(dòng)原因分析方法主要從管道布置方面進(jìn)行，主要依據(jù)規(guī)范為DL/T 5054-1996《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》，關(guān)于支架布置方面通常限制的為管道支架的間距，不規(guī)定支吊架的功能，一階固有頻率多為參考值，在電廠管道實(shí)際布置過程中較少計(jì)算管道的固有頻率。

本報(bào)告通過分析證明，在滿足規(guī)范要求的支吊架間距下，管系的固有頻率仍有可能偏低，在管道有擾動(dòng)的情況下仍有可能引起管系的超標(biāo)振動(dòng)，從而引起支吊架的損壞。在后繼的管系設(shè)計(jì)過程中，不僅僅考慮管道支吊架間距對管道的影響，應(yīng)加強(qiáng)對管系固有頻率的關(guān)注。

同時(shí)，在后繼分析管道振動(dòng)的問題時(shí)，本報(bào)告提供一種新的分析方法，使用該方法，有助于更快的找到管道振動(dòng)、支架損壞的原因，減少電廠的損失。