汽机管道振动防范分析

汽机管道振动防范分析

宗秋冬

山东电力工程咨询院有限公司，山东济南250013

摘要：管道长期受到振动影响，造成某一处管道应力集中，该处管道位置容易出现劳损，导致管道出现裂缝或者断裂等现象，引起介质外流，造成严重的安全生产事故。因此，在生产过程中，企业要重视管道振动问题，从管道的安装、验收、运行、检修、维护和保养各个方面进行防范，减少生产过程中的管道振动，以免引起安全事故，给电力企业造成巨大的经济损失

关键词：汽机管道；异常振动；措施

1汽机管道振动原因

1.1汽机管道受到外力作用

造成汽机管道振动的原因可归结为6种：①汽机管道内有两股气液相流在流动，其中的气体具有很强的压缩性，而液体具有不可压缩性，所以管道内的两相流动时，气体被压缩气压升高后在释放压力时做膨胀运动，造成管道内介质流动压力、流速反复变化，导致了管道振动。②汽机在运行过程中，工人在打开管道阀门的时候用力过度，而此时阀门附近的介质流动状态变化最大，尤其是快速开启或者关闭阀门时，介质变化剧烈也会造成管道振动。③管道运行过程中，管道内的介质出现汽化或者凝结现象，会出现水锤现象，从而导致管道振动。④管道支吊架故障，管道在运行过程中，管道支架的弹簧无法正常发挥弹力、支吊架卡涩无法正常转动、支承刚度不够等问题都会造成管道振动。⑤管道安装问题。管道设计安装过程中，没有考虑到发电厂的实际地形以及布局，导致管道的坡度设计部合理，管道在运行过程中，无法及时排除管道内的空气和流水，从而导致了管道振动。⑥气柱振动系统故障。管道内的气体叫作气柱，气体可以压缩膨胀，所以具有一定的质量。这些质量对管道造成一定的负荷，如果负荷达到一定量时，管道会出现振动。

1.2管道布置缺陷

管道上的压缩机气体管道设计不合理，导致压缩机的出人口管道上90°弯头过多，无形中增加了管道脉动冲击力，导致压缩机振动过大。其次，回收压缩机阀门不符合实际运行需求。压缩机气体管道内的阀门应该选择冲击阻力比较小的阀门，这样可以减少阀门启动和关闭对管道内介质的影响。比如将球阀设置为低压溶剂压缩机的二级缓冲罐出口位置的截止阀，但是截止阀本身结构特殊在运行过程中会产生一定的旋涡流，这个旋涡流对压缩机的管道造成一定的振动力。

原则上来说，它本身就是一个振动系统，所以应该将它看成是目标激励形成的振动。压缩机管道受到激励会发生一系列的受迫振动的压力脉动力，如果管道内的平均压力比较小，那么空气柱振动不会太明显。如果空气柱原来的频率和激发频率相等时，就会激发气柱共振。激发频率为fi=inm/60（i=1，3，5，7……），公式中的i表示谐波阶次，fi代表激发频率，m表示一个曲轴一转内，管道端口处向管道吸、排放气的次数，n表示活塞式压缩机的转速，其单位为r/min。管道在自由振动下，气柱产生的振动频率叫做气柱固有频率，在设计的时候就要考虑到气柱固有频率，压缩机的管道布置方式和长度、容器容积大小等必须与气柱固有频率相匹配。fi在0.8～1.2Hz范围，管道的气柱子产生共振频率为65377Hz，此时气体压力波动会快速增长，管道就会产生剧烈振动。因此，必须科学计算出管道的共振频率，才能防止气柱在管道中产生共振。

2管道常见的6种振动

①汽机管道在开启或者关闭时，管道内的凝结水流量减小导致除氧器凝结水工况压力骤然下降，凝结水会出现汽化现象，如果再次提高上水流量则会出现管道振动情况。②给水泵跳闸时系统内积压的水会出现汽化现象，如果汽机再次启动，那么会产生两相流，导致管道振动。③汽机启动时，管道内某一段抽汽管疏水手动阀门没有打开，造成大量蒸汽进入到管道内，凝结成水没有及时排出去，增加管道压力造成管道振动。④管道在投入运行时，没有充分预暖造成管道振动。⑤管道凝结水在流量比较小的时候，振动声音比较大。⑥给水泵处于最小流量时，有些机组的给水泵最小流量管与离除氧器水位距离很近，所以很容易造成除氧器水位波动，从而导致凝结水泵跳闸故障。

3.管道振动的防范措施

3.1及时处理汽化现象

汽机在运行的过程中，由于其工况发生变化，便会导致管道内的压力降低较快，而温度降低的速度较为迟缓，所以就会出现汽化的现象，应当及时对其进行排空处理。例如，在启动的过程中，凝结水发生大幅度下降的情况，就需要考虑汽化的因素，在除氧器的入口处，对于凝结水管进行排空处理，或者在水泵跳闸之后，同样也需要在水泵的入口处进行及时的排空。

3.2控制高加水位

在启动的过程中，不能够单一的关注抽气门的指示灯，对于抽气门的温度、高加疏水管的温度还有高加水位等方面也要密切关注，同时，保证高加抽汽门处在打开状态，使其能够保证正常疏水，这样能够尽早建立高加水位。随后在冲转和并网的阶段，就算是有空气进入也不会发生管道两相流动的现象，进而有效的避免管道振动，同时也能够避免管道的使用寿命受到影响。

3.3降低气流脉冲振动

按照振动理论，一个机械的多自由度振动方程式为：MX+CX+KX=F。其中，M代表质量，X表示节点位移矢量，C表示阻尼，K表示刚度，F表示干扰力和激振矢量。从公式可以看出，如果想要控制管道的振动，则可以采取3个方法：①在管道系统上安装平衡块，改变管道的质量，从而达到改变管道系统固有频率，达到避免管道共振现象的发生。②改变管道系统的阻尼，可以在管道的支架上安装金属弹簧、软木等柔性隔离物体，从而达到消除共振的目的。③增加管道系统的刚度，增加支承位置、改变支承位置，从而提高管道过频率，实现消振的目的。在安装的时候，也可以选择管道专用消振器，ZCK型空气悬浮消振器价格比较便宜，消振性能比较好。为了避免消动器弹簧出现移位情况，必须选择限位型的弹簧消动器，将弹簧限制在一定范围内，不会因为振动过于强烈导致弹簧自由幅度变形量太大，以免出现严重的移位跑偏造成支架倾斜倒塌问题。

3.4做好检查

在蒸汽管道正式使用之前，首先要对其进行质量检查，检查的项目为：疏水器的疏水阀门、疏水器的前后手动门是否开启等，这样能够在一定程度上确保水的通畅。与此同时，在进行检查的时候，还需要对于整体工程的质量做出充分的核查，在确定管道的安装工艺符合使用标准之后才能够将其投入使用阶段。

3.5合理操作

蒸汽管在使用的阶段，蒸汽门和疏水门在启动的过程中不能够过快或者过大，正确方法应该为，缓慢打开，随后使蒸汽以较小的流量进入到蒸汽管道，随后进行逐渐的预暖。若是在这个过程中操作不当，便会引起流量急剧提升，随后发生水锤现象。基于此，便需要在进行操作的过程当中充分按照相应的设备操作标准进行操作，避免由于操作不当而引发的设备振动问题。

3.6做好流量调节工作

在某一个流量的条件下，管道会发生共振的现象，对这种情况的产生，首先应该对于流量进行调节，随后寻找振动发生的源头，在一般情况下为开关或者阀门处，在不影响使用的情况下对于阀门进行更换。

结语

电力企业必须引起重视，充分了解到管道振动产生的原因，管道在设计、安装、使用过程中，考虑到振动的影响和危害，所以在工作的过程中要对于出现的现象，做出仔细的鉴别和分析，这样才能够对于其中所出现的振动现象进行及时且正确的处理，并且保证汽机整体的正常运行。

参考文献

［1］顾鹏程.汽机管道振动防范措施综述［J］.城市建设理论研究（电子版），2014（5）：1340.

［2］畅海芳.汽机管道振动防范措施［J］.电力安全技术，2009，11（1）：61-62.