中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司山西太原030001
摘要：电厂中遍布着汽水管道，然而管道发生振动的频率极高，不仅会影响管道及设备的使用寿命，还会产生一定的安全隐患。通过对电厂汽水管道振动原因的简要分析，制定出合理有效的解决对策，以增强电厂汽水管道的稳定性。
关键词：电厂；汽水管道；原因分析；解决方法
振动是火电厂汽水系统运行中的一种多发现象，管道振动的存在可能导致支吊架松动失效。振动产生的往复力会使管道局部发生疲劳破坏，并对连接的设备产生附加推力，造成设备的损害，影响电厂安全运行。火力发电厂汽水系统承担着重要的汽水循环任务，管道作为热力系统各个设备之间的联络管路，是发电厂热力系统必不可少的重要组成部分。电厂庞大复杂的管道系统中最主要承载部件是各种形式的支吊架，支吊架的性能好坏、承载合理与否直接影响到电厂管道乃至整个机组的安全运行。汽水管道振动的破坏力大部分作用在与之相连接的支吊架上，支吊架发生故障而失去作用则会加剧管道的振动。
近年来，随着我国电力工业的迅猛发展，新建电厂单元机组容量和参数也在不断提高。由于汽水管道内运行工质的参数变化及热力系统的复杂化程度的改变，致使电厂的部分管道发生严重振动，如高压给水管道、主蒸汽管道、旁路管道系统以及加热器疏水管道等。
1管道振动基本方程
管系节点在稳定平衡位置附近作微幅振动，其运动微分方程一般形式可由拉格朗日方程导出。设系统由N个质点组成有N个自由度的完整系统，运动方程写成矩阵形式有MX+CX+KX＝F式中，M、C与K分别为质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，F为激振力。由此可见，N个自由度管道系统的微振动方程一般可表示为N个联立的二阶常微分方程。微分方程以矩阵形式给出，反映了激振力与系统质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵之间的关系，为解决管系振动问题提供了基本理论基础。
2汽水管道振动原因分析
2.1机械系统的稳定性
产生不平衡、结构尚不稳定的原因可能出现在管道系统连接转动设备间的转动上，当初设计的图纸与实际规划有一定的误差，虽然在合理的范围，但并没有做到严丝合缝，例如弯头过多、频繁的改变管道的方向；或者管道中的小件，例如阀门，转向的过程中会对管道内的液体带来变化，使其突然改变运行轨迹，转变走向，导致管道振动；液体在管道内流动中，如果流速过大或过快也会引起管道的振动。工程师在设计管道的流向、走向，以及计算管道内流速时都近乎精准，要考虑到是否符合相应的场合，从而确定管道的类型以及液体的种类、使用方式等。
2.2汽液两种流体引起管道振动
管道内存在着许多气体，如果这些气体无法及时排出，会造成管道有效流通面积降低，会在一定程度上阻碍液体的正常流动，如果气体对管道产生冲击，很容易引起管道不同程度的爆破，会导致管道发生剧烈的振动。当两种液体在管道中流动时，管道内的轻微振动都会导致各个部件发生系统问题。而且管道内的阀门在压力下出现破损时，会发出不同的声音，如果水泵突然停止或者启动，会导致液体发生急速的变化，使压力差变得反复无常，导致压力显著提升，严重时也会产生水流冲击的现象。疏水管道中工质状态发生变化处也会产生较大振动，如调节阀前后压差变化引起的振动等。
2.3介质气化导致管道振动加剧
当管道内的水流发生变化时，会引起轻微的甚至是剧烈的振动，当水泵内的温度过高或水口中的压力不同时，也会产生一定量的介质。在检查水泵问题的过程中循环发生的管路是否通畅也是很重要的，当水的流量会大于水泵的流速，长时间的摩擦、晃动也会对管道造成强烈的破坏。管道中的液体温度也是导致管道发生剧烈晃动以及摩擦的最主要原因之一，工程师需要检查进口的温度、湿度、压力、压强等是否符合设计要求。水流出口量大于或者小于其产生值时，会产生不同的反应。水泵中的电流也会随之产生强烈的晃动，导致水泵发生汽化现象，在水泵进口处会因高度产生轻微的晃动。加热器危急疏水进入凝汽器前，由于压力降低导致液体汽化，也会产生较大振动。
2.4外力施压造成的振动
一次外力作用会给管道造成不同程度的影响，其外力的负荷有很多的平衡规则，始终随着外加负荷的增大而增大。当超出某一限额时，管道中许多装置的系统由内压发生控制，在其自重和持续力的作用下大于本身的恒定温度，也会导致发生剧烈运动。
3解决措施
3.1现场观察，进行初步推测诊断
时刻分析检查管道内部的各个仪器、系统安装是否都在正常运作，保障管道的正常运行，注意仪表显示器在显示过程中是否发生强烈的晃动，使仪器的表盘在规定的范围内晃动，以免造成不必要的危害。综合各方面检查，查看是否存在偏差，保证水平与纵向的发展，拥有合理的规划区间，使管道的稳定值不断提升。同时升级保障系统也是关键，只有这样用心维护才能保障管道正常运作，才能真正维护其发展，使管道振动幅度大大减轻。
3.2进行现场检测及原因分析
工程师需要到现场实地考察，分析问题的关键，保证物品在传送过程中不会发生损坏，防止问题严重化和危害化，保证管道的安全性能。在设计与维护的发展过程中，不断深入了解与探索，保证管道内的正常运转。
3.3综合测评
在系统发展方面，要根据实验管道所反映出来的数据，对科研结果及数据做出更加缜密的推算，更好地与现实接轨，保证管道在现实应用中能起到更好的效果，使使用效率加速提升，改变因动力平衡造成的管道晃动等负面影响。
电厂管道振动严重危害了电厂安全生产和运行人员的人身安全及工作环境。通过对管道振动基本方程分析可以看出，要想消减振动可以从激振力F、刚度矩阵K、阻尼矩阵C等方面考虑，并提出了消减和解决管道振动问题的一些方法，为现役电厂的消振及新建电厂的设计在减小管系振动影响方面提供了一定参考。通过对某亚临界300MW电厂主给水管道振动治理实例分析，对电厂汽水系统振动影响因素及治理方法可得到如下结论：
1、主给水管道振动测量表明振动与给水管中水流速度关系密切，流速越大、流速的变化越快，管道的振动就越剧烈。反之，若流速较小、流速的变化越慢，管道的振动就小。
2、从改善管系的振动固有特性来治理管道振动，是较易于实施和奏效的。改善电厂汽水管道振动固有特性的主要方法是增减管道约束，改变管系刚度和阻尼，电厂管道系统多采用减振器和增加限位装置以增强其抗振能力。
3、管道的布置方式、管道走向对管系的振动有着很大的影响。在此段管道中存在大量弯头，而且有的弯头角度过大。介质流经弯头处产生的激振力是电厂管系振动的一个重要的“振源”所在，在满足管道自补偿的前提下，尽量减少弯头的使用。
参考文献：
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