火力发电厂管道阀门振动危害分析及对策

火力发电厂管道阀门振动危害分析及对策

耿亮

（ 河北国华定州发电有限责任公司 河北省定州市 073000）

摘要：管道与阀门在火力发电厂中发挥着重要作用，属于整个系统的血管和控制开关。但是出于材料、构造、设计、安装、选型、运行及阀门管道内流体介质物化性能等因素的影响，在进行使用时经常会发生管道振动现象和阀门振动现象，对设备造成破坏，影响到经济效益，严重危害人们的生命财产安全。因此，有必要火力发电厂管道阀门振动危害及对策进行分析。

关键词：火力；发电厂；管道阀门；振动危害；对策

一、管道阀门振动造成的危害

管道与阀门的动态分析是和其静应力分析相对的，其特点为：构件破坏多为疲劳损害，振动响应呈现为时间函数。压力管道阀门疲劳损害的主体表现方式有两种：高循环疲劳破损和低循环疲劳破损，导致管道阀门产生呈现振动的原因有很多，不同的实际情况需要进行细致深入分析才能正确地选择应对措施，从而取得符合实际要求的减振效果。振动对于管道阀门产生的危害主要表现为以下四点：

（一）缩减使用寿命

振动会导致管道阀门产生大量机械运动，会对振动部位造成金属疲劳，缩减管道阀门的使用寿命，如果没有及时进行更换维护，在进行生产时容易出现破裂，造成不必要的损失。

（二）破坏发电系统

在振动的影响下，火力发电厂的管道与阀门很容易出现破坏、失效问题，二者的连接部位则会成为故障的高发区，输水管断裂、接管座开裂以及管道破裂等事故也将因此出现，严重时导致的高压蒸汽管道断裂将直接酿成灾难性事故。

（三）损坏管道阀门自身

当阀门阀头振动速度远远高于管道的振动速度时，由于双边振动速度不一致，将会导致阀门元件振松，造成阀门泄漏或者失控或者管道断裂，进而对阀门管道造成损坏，导致系统故障，机组停机。

（四）损坏仪表仪器

在火电系统当中，管道阀门往往和各类仪器仪表进行直接联系，如果出现了阀门管道振动，将会直接对连接的仪器仪表造成直接破坏，对控制系统的正常运行造成不良影响。

二、管道阀门的振动类型

（一）强迫振动

当介质激振时，如果激振频带较广，激振强度较大，相应的管道振动不再是管道共振，而是强迫振动。强迫振动的特点为主振频率较为模糊，各类频率成分混淆在一起，频率较共振型振动更高，强迫振动的治理难度较大。

（二）管道共振

在进行火电生产时，水或者蒸汽在管道中流动，会导致管道阀门产生一定程度的振动，这种振动就是管道共振。管道共振的主振频率一般情况下都在5Hz以下，属于是低频率的连续性振动。在进行火电生产时，如果共振振幅较大，共振响应强烈，将会对设备和管道产生较大的危害。管道共振主要是由于管道某阶段的固有频率和介质紊流所产生激振力频谱中的低频主振频率接近所产生的。两者之间频率接近，产生共鸣共振，继而导致管道振动，对管道和仪器的正常使用带来一定的不良影响。

（三）两相流引起的管道振动

高压加热器在进行疏水时，当水流疏导到除氧器管道时，因为水流在管道上升过程中相应压力会降低，等到压力降到饱和点，部分水会产生汽化，导致汽水两相，引发管道振动，汽相介质和水相介质在密度上存在着极大的差距，形成的流场较为混乱，所引起的振动普遍会比单一介质引起的振动更强烈。

（四）阀门自激振动

火力发电厂管道很容易在阀门影响下出现振动，而在振动得到有效抑制后，激振将消失，但是随着介质流经阀门，局部将出现较大的压力波动，介质流动会因此出现明显变化并引发激振力。如阀门的阀杆或阀芯出现振动，介质将出现激振，以波为传递形式的激振具备振动强度大、频率大的特点，而且存在明显的主振频率。阀门自激振动可采用改造、检修阀门的方式解决，必要时还需要调整控制系统。

（五）水锤引发的冲击振动

如阀门突然启动，受蒸汽管道凝结水作用影响，蒸汽作用下瞬间加速的水将达到蒸汽速度，对管道阀门造成危害，如疏水不畅，引发的同类冲击问题也会带来严重危害。

（六）给水泵低流量导致的管道振动

给水泵在低于其最小流量时，将会发生汽蚀现象，介质压力产生剧烈波动，进而导致管道产生强烈振动。因此为了有效保护管道系统和泵阀设备，应当尽量避免给水泵在接近最小流量的情况下进行低流量工作。

三、管道阀门振动的治理

为了应对火力发电厂管道阀门振动，必须首先查阅审核火力发电厂相关管道的设计图纸，包括管道规格、运行资料、变更资料、工况变化、应力计算书、安装图、刚性约束图等。在全面了解管道与阀门后，应基于振动现场开展勘探，以此记录振动现象，并针对性分析，如检验管道的支吊架现场，记录并拍照各支吊架问题，以此基于完整的状态记录描述管道支吊架状态。具体检验需围绕管道各约束点与减振限位的安装正确性、实际运行过程中管道系统的膨胀痕迹与膨胀情况、实际的各支吊架情况展开。在管道振动测量与数据处理过程中，需针对性制定振动时域图与频谱图，并针对性选用软件技术数据构建分析模型，以此计算分析管道振形和固有频率，管道的应力需结合分析数据和计算结果确定，最终即可得出针对性、实用性较高的振动治理方案。在方案实施完成后，对治理区域进行安全性评估，确保治理结果能够起到应有的效果。在管道振动治理过程中，如果是因为支吊架松动、破裂等显而易见原因造成的振动，可以通过对支吊架进行调整、增焊支吊架的方式来进行解决，如果是因为管道振动频率接近设备激振频率所引起的管道振动，可以采取增加支吊架的方式来进行解决，对于无法控制振动源或无法明确激振源的情况，可以采用增加减振器的方式来减少振动，此外，还可以通过改造节流孔板、增大或缩减流量的方式来改变运行模式，实现振动的减少。

四、结语

总之，火力发电厂管道阀门发生振动会给整个发电系统造成非常严重的损坏，所以电力企业需要对其几种振动类型进行明确，并且对发电系统加强检测和监督，如若存在振动问题，那么需要及时采取减振对策来缓解问题，通过对振动的合理处理，可以有效地延长设备管道的使用寿命，减少停机次数，在最大程度上降低事故发生的几率，保证整个工作系统的安全性和稳定性，更好地将其应有的经济效益与社会效益发挥出来。除了管道阀门会产生振动以外，其他设备也会有这种现象，所以对此相关人员应当放宽眼界，将各种振动隐患问题落实到位，促使电力系统的正常工作。

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作者介绍：

耿亮（1983.10.11—），性别：男；籍贯：河北石家庄；民族：汉；学历：本科；职称：工程师；职务：主管；研究方向：电力工程生产；单位 ：河北国华定州发电有限责任公司。