汽机管道振动防范分析刘华成王海涛赵伟兵赵英兵

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刘华成王海涛赵伟兵赵英兵

国家电投河南电力有限公司平顶山发电分公司河南平顶山467312

摘要：当前，我国工业领域发展前景十分广阔。在工业生产中，汽机的管道与容器、旋转机构以及其他相关设备连接在一起，在激振力的作用下，管道受到自身重量以及外力作用下，会产生一定的振动。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；管道振动；防范策略

引言

众所周知，汽机管道构成结构较为复杂，在异常工况下常常出现管道振动现象，严重影响设备运行安全，针对该问题，从振动成因入手，制定相应防范措施，以确保设备安全。

1管道常见振动举例

(1)在给水泵跳闸的情况下，系统内积水在压力大幅下降不再流动的情况下会出现汽化现象，在盘车运行情况下或再次启动时，会出现两相流振动现象，尤其在入口管路更有可能出现。

(2)启停及事故情况下，在凝结水流量大幅减小时，由于除氧器凝结水来水逆止门前工质压力大幅下降且时间较长，将会出现汽化现象，再次提高上水流量或流量变化时，就会出现管道振动现象。

(3)机组启动中，某段抽汽管疏水手动门未开启，虽然有疏水器，但由于手动门关闭，在大量蒸汽进入时，凝结水无法疏走，引起相关管路振动，甚至会将管道振断。

(4)在启动时，高加没有按要求随机投运，或抽汽门象征性开启，高加水位不够。在冲转时，由于汽缸大量进汽，特别是在冲转并网过程中，汽缸进汽量增加较大，同时抽汽量也大幅增大，蒸汽进入高加后不能及时、充分凝结，进入疏水管形成两相流，引起疏水管道振动。

(5)在投运蒸汽管路时，预暖不充分，或疏水门开启过大，引起管道振动。

(6)有些凝结水系统在流量较小的情况下，振动较大。

(7)给水泵最小流量管在某个开度时共振，有些机组给水泵最小流量管距离除氧器水位计较近，有时会引起除氧器水位波动，甚至出现凝结水泵跳闸的事故。

2汽机管道振动成因

(1)汽机管道内的工质流动时，一般会出现气液两相流。液体几乎不可压缩，而气体有很强的可压缩性，因此在管道内出现两相流动时，由于气体的压缩升压及释压膨胀的运动，会引起工质流速、压力反复急剧变化的水锤现象，造成管道振动。

(2)管道阀门在开关时过于猛烈。在阀门开关时，阀门处的工质流动状态变化是最剧烈的，尤其是在快速开关阀门时。这种剧烈变化的流动状态，常常通过振动表现出来。

(3)工况变化使工质出现凝结或汽化现象。如果管道内的工质由于压力或温度的变化而凝结或汽化，势必会引起水锤现象。

3汽机管道振动防范策略

3.1做好管道投产前的准备措施

管道在正式投入使用前，还需要检查疏水阀门是否有疏水器、疏水器前后手动门是否开启。汽机在开启前，进汽门和出汽门开关不能过快打开，以免造成水锤现象。让蒸汽以小流量慢慢进入到蒸汽管道，对蒸汽管道进行预暖。同时在开启前还需要对整个管道进行一次全面检查，查看管道内部、支架以及附近管道零件是否存在质量问题，如果质量不合格要立即更换相关零件。在日常生产中，要加强对管道的检修，确保管道工况正常。

3.2提高管道系统自身的抗振力

想要提高管道的抗振能力，可以采取3个措施：①提高管道的刚度，可以使用钢制材料的管道，柔性管件、波形补偿器。②使用框架式支架结构，并增加横梁的长度，在框架顶端焊接挡板，防止管道从框架上滑落。③对一些比较长的管道在设计的时候，就要尽量避开地震频繁发生或者多地质灾害的区域。并在土体比较脆弱的地区对土体进行加固，从而达到提高管道抗振力的目的。山区的管道在铺设的时候，还要搭建平台，并将其设置为挡土墙和操作台。

3.3减轻管道内气液两相流振动

为了避免管道内气液两相流造成的大幅度振动，要采取有效的措施。首先，减少激振力，按照管道输送量设计两相管，缩短管道的长度，并考虑到管道的流速，减少液化气体，降低变相对管道的影响。其次，提高支架刚度。汽机管道的两相流对管道造成的激振力是无法避免的。所以在设计的时候就要考虑到两相流管道抵抗激振力的强度和刚度。最后，尽量避开振动。由于两相流的激振力是随机发生的，所以管道在安装的时候要及时检测到管道的固有振动频率和实际振动频率，尽量避免两者的振动频率相近。所以在安装时，要掌握管道系统的各项参数，从而采取相应的消振措施。重点测量管道结构振动力、管道压力脉动力、管道固有频率。测量装置一般由传感器、放大器和记录仪构成，传感器也就是速度传感器，输出电压与被测振动速度成正比，所测量的信号必须变成位移讯号，然后经过放大器传输到记录仪中。管道压力脉动测量过程中，传感器将压力变化的信息转化为电量信息，放大器从传感器得到的电信号传输到记录仪中，记录仪记录管道的脉动曲线。用敲击法测量管道系统固有频率，一般是对管道的一点或几个点进行敲击试验，并记录衰减振动信号，从而快速得到各个阶段管道的固有频率。

3.4降低气流脉冲振动

为了调整气柱固有频率，避免与激振频率相同产生振动。因此配管设计时，要根据工艺流程和整体布局计算出气柱的固有频率，并调整其频率大小。如果脉动冲击力比较大，则要采取有效的措施降低脉动冲击力。可选择压力脉动比较小的压缩机，一般来说压缩机气缸一个循环周期管道吸气和排气的次数越多，则脉动力越小。可以在压缩机上增加一个缓冲器。设置孔板消除管道振动。孔板能够降汽机管道内部压力，控制气流脉动力。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。

3.5及时排空管道内的凝结水

汽机管道的工况发生变化时，汽机管道内的压力骤然下降，但是管道内的温度比气压下降的更慢，所以管道内很容易出现汽化现象，一旦管道内出现汽化要立即排空，以免发生振动。比如汽机在开启、关闭或者故障跳闸以后，凝结水大量增加，这个时候就要及时排出除氧器入口处的凝结水。

结语

管道作为汽机重要组成部分，与汽机的气机结构连在一起，作为一个整体汽机运行过程中出现振动现象是在所难免，轻微的振动不会影响到汽机的正常运行，一旦超过振动幅度过大，可能造成管道开裂或者断裂，影响汽机正常运转。因此，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，采取有效的措施消除因为振动产生的危害，确保汽机安全、稳定运行。

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.

［3］赵晋.汽轮机抽汽管道振动分析［J］.科技风，2012（15）：129.