核电厂常规岛工艺管道振动改善路径的实例研究

杨宏飞，阳汾泉，黄伟

核电厂常规岛工艺管道振动改善路径的实例研究

杨宏飞，阳汾泉，黄伟

（台山核电合营有限公司，广东台山529228）

在核电厂常规岛工艺管道方面，我国目前大部分采用的都是柔性设计，导致管道中流体较不稳定，容易产生振动。所以要对常规导管道工艺进行深入的改善，可以通过下文中的方案实现。

核电厂；常规岛工艺管道振动；改善路径

因为核电厂常规岛的大部分管道工艺都是属于柔性设计和非抗震类型的，所以就导致了管道不仅在水平方向和垂直方向的刚度都非常低，本文以某个核电厂的常规岛主蒸汽管道至除氧器加热管振动改造为例，提出下列方案来进行改善。

1 常规岛改造的依据

常规岛管道震动的原因一般有两个：第一个是因为自身管道的设计和布置完全干扰并导致支架无法进行正常的选型和布置，因为钢管的刚度太低，一旦发生干扰就会出现振动；第二点是因为管道内的介质处于高温高压状态且不稳定，从而导致管道容易出现振动（主要表现在管内饱和蒸汽在管道变向和管径缩放时产生的不稳定流体，以及运行过程中自身的繁琐和被节流孔设计导致的不正当使用）这是常规岛工艺管道震动的诱发因素。

管道的振动是因为管道内流体不稳定，以及管系自身工艺柔性设计的相关原因导致。通过支架应力及管道盈利的计算对其进行分析，要改善的是在不改变原有管道布置的前提下，通过改变支架的选型和布置位置来减少管道震动，此是较为常用的办法，提高管道的刚度反而会增加成本且减震效果不理想。

在之前的管道改造中，一般采取的是三种方法，这三种方法各有好处和弊端，三种方法分别是：

第一种是在管道振动比较大的地方直接建设布置刚性进行支持，此种方式虽然可以在短时间内稳定，但是长期运行会造成安全隐患，因为将支架添加到所进行管道应力分析的位置，有可能就造成原有支架和现有支架的载荷过高；

第二种方法是增添阻尼器，这样虽然可以降低设计量，从而对其改善，但是耗费的金钱经费实在太多了[1]；

第三个办法是修改自身工艺流程和管道的布置。这个方法虽然有所改善，但是并不能实际的去解决问题，其振动效果没有得到最大控制，并且在大量的设计量中，还浪费了周期时间及金钱。

因为上述的三个方法都有一定的缺陷，所以在大量分析研究的基础上，设计了下述的改造方案。改善的流程如下：第一步，要先进行系统的现场勘测，同时给出监测前后的振动测量结果，从而制定合理改善方案；第二步，要进行分析和计算震动时的极限数值，从而分析振动的原因；第三步，要进行改善管道方案的可行性的论证；第四步，设计和改造管道的支吊架；第五步，要在改造完成后进行全面的评测和对比，从而验证改造是否达到预期要求，在这我们将利用主蒸汽管道至除氧器加热管为例来进行叙述改造及改造后的结果。

2 常规岛管道振动改善路径

（1）管道振动测量。在改造之前，要进行规范的振动测量，现场勘查振动较大的位置，测量管道的振动幅值，X方向的振动幅值在1 634 μm，Y向的振动幅值在1 115 μm，Z向的振动幅值在2 566 μm.

（2）管道振动分析和计算限值。根据ASMEOM3的第五节进行管道振动限值，结果表明X方向的振动限值是1 120 μm，Y向的振动限值是638 μm，Z向的振动限值1 321 μm，分析过管道的振动幅值后，发现在三个方向的振动幅值数据中的三个振动指数看起来比较大，超过了规定标准的范围极限数值，所以，不能简单地进行改善并且创建支架。如果支撑位置没有恰当的防治，那么此支撑只能会对管道进行损害。或者又因为外力带来的因素改变了相对的振动关系，从而不但没有改善管道的振动，反而加重了管道的损害，所以为了改善目的，确定改造方案，就必须根据管道的实际情况，利用PIPE728建立模型，进行管道频率的分析，分析结果显示为第一阶方向Z的频率在0.18 Hz，第二阶方向Z的频率为0.41 Hz，第三阶方向Z的频率在0.47 Hz，第四阶方向X的频率在0.72 Hz，第五阶方向X的频率在0.83 Hz，通过在图1新增支架的位置中可以得出一个结果：在固有频率的分析下清楚地看到了在管道X、Z的两个方向上，频率很低，说明其它的刚度很小，容易被振动，结合表1管道振动极限中就可以得出了，在大部分管道振动中的部位和方向与管道低阶主模态的位置和方向一致，当然也有小部分管道振动和模态不相符[2]，但是面对这两种情况，要进行三个方面的改善。

图1 新增支架位置

表1 管道振动幅值

首先，要分析计算管系的振动模态，在分析过后的振动模态中要找出相对的位置，从而进行有效的刚性支撑建设，有效的提高管系的耐震。

其次，要找到振动部位、方向和主模态不同的位置上进行支撑设置。

最后，要对管道的支吊架改善方案进行分析和计算，从而在论述中证明出刚性支撑并不能良好的改善这个问题但是没有其他的设备可以帮助减少振动的情况下进行设置阻尼器。

（3）要进行改善的方案是：根据上文所说的办法，在测量过后精准地在一个位置进行支架的增设，改造后的频率是第一阶方向Z的频率在1.71 Hz，第二阶方向Z的频率在2.46 Hz，第三阶方向Y的频率在3.49 Hz，第四阶方向X的频率在4.17 Hz，第五阶方向X的频率在4.38 Hz和上述的数据进行对比过后得出的结论是，在进行改善过后，有效地提高到了管道的抗扰，改善了管道振动环境。

（4）改造结果。根据以上管道振动分析及限值解散，改变了传统支架的支撑方向及新添加刚性支架，改造之后的主蒸汽管道管道至除氧器加热管振动复制详见表2，将表2和表1相互对比，表示改造之后的主蒸汽管道至除氧器加热管的震动幅值有所降低。

表2 改造之后管道振动幅值

（4）分析改造方案的可行性。在对主蒸汽管道至除氧器加热管进行支架上的改造有一个前提条件，那就是在改善过后不能过分地去进行主蒸汽管道至加热管原有的热胀设计和自重设计的降低，要保证改善过后管系的运行是安全可靠的，因为管道自身的设计本来就是柔性的设计，所以它有充足的宽松性质。在管道中可能会出现膨胀导致的一些问题，从而破坏掉管道，有了这样的设计，就不会因为偶尔的一次应力过大就破坏掉现用的碳钢或者不锈钢管道。由于不能反复地进行加载和卸载让管道受到疲劳从而破坏掉现有的管道，所以要对管道的自限应力进行放宽限制，从而针对性地对柔性设计的振动管系进行支吊架改良设计，虽然可能舍弃掉了或者说牺牲掉了它原有的热胀余量，但是却完美地加强了管系的刚度的同时增加了管系的自重载荷[3]。

3 结束语

核电厂常规岛及一般电厂都具有设计较柔的工艺管道，在管道不稳定流体载荷中，一般都具有明显的震动，所以就要使用必要的措施对其进行改善，保证核电厂工艺管道在运行过程中的安全性。本文提出了现有方式的不足，以不改变管道传统布置为基础，提出了解决电厂管道振动的问题，此方法安全、经济且有效，并且具有明显的震动改善效果，并且振动幅值在允许范围中。

[1]舒作敏.浅议核电站改进项中管道的设计与布置[J].科技创新与应用，2016（26）：199.

[2]姜锋，赵军军，王娟怡.核电站改进项中管道的设计与布置[J].产业与科技论坛，2013（10）：92-93.

[3]李岗，梁兵兵，殷海峰.核电厂常规岛工艺管道振动改善研究[J].核动力工程，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

杨宏飞（1984-），男，陕西扶风人，大学本科，工程师，主要从事核电站常规岛管道设计采购管理工作。