徐成智

摘要：电厂中的汽水管道较多，汽水管道内部运行热力系统也越来越复杂，导致管道引发振动，这种振动威胁管道生产安全运行，比如高压给水管道、主蒸汽管道等管道系统都因为机组容量以及参数的提高而发生振动。本研究分析汽水管道几种常见的震动以及振动的原因，并提出减少其振动的对策，为减少甚至消除管道振动、减小振动对系统的影响提供理论的依据与参考。

关键词：汽水管道；振动；解决对策

汽水管道振动是电厂实际运行中的频发现象，由于设计不当或者给水泵汽化等原因导致，严重影响电厂的稳定运行。近年来，我国电力工业迅猛发展，电网的主力机组已经被大容量高温高压机组替代，参数和热力系统都日渐复杂，电厂管道会因此而发生振动，管道系统是电厂机组的生命线，因此，有效改善汽水管道的振动、消除安全事故隐患是十分必要的。下文将针对这类问题进行分析，争取为机组的改造和汽水管道运行的改善提供指导。

1.汽水管道振动原理及危害

汽水管道系统的振动非常普遍，主要发生在启停机和工作情况改变的时刻，在主蒸汽管道、水泵出入口、高温高压容器等管路出现，表现为管路和支吊架碰撞摆动发出噪声。汽水管道系统的振动越来越常见，振动主要由于力的交替变化而产生，会导致链接与管道的振动器械遭受影响和伤害，如果管道长期处于这种振动状况就会给安全生产带来极大危害，甚至造成严重的机动组非停事故。在电厂运行中，各管道纵横交错，微弱的管道振动对设备带来的影响较弱，但是如果振动强烈就极易导致机组非计划停运，振动产生的往复惯性力会导致汽水管道结构的破坏甚至局部泄露断裂，严重时会引起爆炸等灾害。另外，汽水管道振动产生的噪声还会影响现场工作人员的身心健康，操作人员易产生不舒适感，影响工作效率，也是安全事故多发的起因，同时还会对周围环境造成噪声污染。

2.汽水管道振动的原因

汽水管道振动的原因是很复杂的，主要就是系统中的外部动力或者其他由于介质流动产生的作用力，同时，设备的型号、管道尺寸等都是影响系统振动的原因。汽水管道的振动一般是由机械振动、流体振动或者地震引起的。在实际生产过程中，对于管道系统振动原因的分析就是根据观察到的现象来找出震源以及加剧振动因素的过程。从运行状况入手，检测系统的稳定性以及系统参数运行的波动情况，通过看、听、摸等方式了解管道振动的特点，排查系统是否有过载、约束不适当、减震功能件破损等问题出现。

2.1管道内部流体流动引起管道振动

汽水管道内部常有气液流引起振动的情况出现。在设备运行时，由于安装不良或者操作不当等原因使其内部存在大量气体，这种气体和液体会形成两项流，这种流動会对汽水管道产生较大的冲击引起管道系统的振动，其特点是：由气液流引起的管道振动是无规则的，及其启动时振幅最为强烈，如果气体能够及时得到疏通排出，会渐渐减小振幅直至消失；气液两项流会导致流量压力不稳定，从而引起水泵电流的异常摆动。管道系统内部流体流动时，在经过减压阀、安全阀等元件时其流速会急剧上升，如果流速大于该位置的最大允许流速时就会引起管道的振动，同时如果排气不稳定，工质对元件和管道产生的反力也不稳定，也是引起管道振动的原因之一。

2.2汽水管道流体的脉动压力引起管道振动

管内流体的动力来自于各种泵的做功，其输送主要通过压缩机和泵的加压进行，所以流体的压力和速度随着泵的加压而上下波动形成流体脉动，这种脉动是周期性的，并在经过弯头、阀门等元件就会产生激振力，激振力是引起汽水管道振动的主要原因，如果系统的约束不够牢固或者减震性能较差，就会加剧管道的振动现象发生。根据对汽水管道振动的理论分析得出汽水管道是一个复杂的机械结构系统，主要从管道结构系统和流体系统两个方面来研究管道的振动。所以汽水管道系统布置不合理、管件对介质流体的作用等都会造成管道系统的振动。

2.3给水泵转动和汽化都会引起管道振动

当给水泵口流量小于泵的最低流量、以及泵口压力小于进水饱和压力时会产生汽化现象，这时就会引起水泵的压力和流量改变引起汽水管道振动并发生噪声。水泵等泵设备的转动也会引起汽水管道的振动，泵转动发生振动时，就会将振动力传给相连接的汽水管道上造成其振动。

2.4其他原因

在汽水管道系统中，经常需要开启和关闭阀门来调整泵、阀出现的故障，在阀门突然开启或关闭时，管道内的水流速度会发生突变，水压形成压缩或膨胀波动，这就是水锤现象，这种现象发生时，汽水管道内部压力变化很大，一旦与管道固有频率重叠就会产生管道的共振。支吊架设计安装不良时，如局部受力不均匀、支吊弹簧未调整好等都会造成管道运行发生振动。另外，地震引起的振动也是是不可忽视的，由于地壳运动造成管道某处破裂甚至局部坍塌，地震的能量通过地震波的形式来影响地面的设备发生振动。

3.汽水管道振动解决对策

上文已经介绍了汽水管道振动的危害是较大的，所以对其振动的控制和改善十分必要。多数管道振动是由于激振力与管系的低阶频率发生重叠而引起的，因此汽水管道振动的解决主要分治理和预防，可以从消减管系激振力和改善管系振动特性两方面入手。治理的具体环节有：现场观察做出诊断，判断振动的类型及症状，初步设计测试方案；之后进行现场的测试，对采集的数据资料进行分析；评价系统的可靠性，最后指定合理的治理措施。另外要注意汽水管道振动的预防，预防的思路在于消振，减振和避振。针对不同的成因指定不同的消除方式，如果是因为流速过高引起的振动，可以扩大管道的直径达到降低流速的目的。如果已经发生了管道振动，就要想办法减震，如果是由于动力不平衡引起了振动，就可以通过分解振动能量、改变伸缩节位置等方法来见解减小振动。需要注意的是，如果发生共振现象，则需要改变管道结构特性、固有频率、及系统的刚性和质量来避开管系的共振频率。汽水管道振动基本方程写成矩阵形式为MX+CX+KX=F。其中M为质量矩阵、C为阻尼矩阵。K为刚度矩阵，F是激振力，这个方程反应了激振力与三种矩阵之间的关系，可以通过这个振动方程来作为减少管道振动的依据。首先可以改变系统的刚度K值，设立刚性支架、计算关系的各阶频率，查看振动位置以及方向；其次可以改变系统的阻尼C值，在需要的位置设立阻尼器，可以分散振动冲击的能力，相当与减震器的作用；对于现役电厂的管道质量已经无法改变，所以一般不考虑通过改变质量矩阵来较少管道系统的振动。

4.结语

随着我国社会的进步、经济的发展，我国电力事业也如火如荼，但是电厂实际运行中常出现的汽水管道振动问题也越来越受到关注，由于各种原因引起的管道振动对电厂安全运行形成了严重的隐患，本研究对汽水管道振动的危害进行了简要的分析，详细的讨论了其形成的原因，只有深入了解了管道振动复杂的成因和原理，找到振动根源，才能提出较为有效的解决方案，通过消减激振力和改善管道振动特性等方式改善汽水管道的振动现象，降低其对设备的损耗和对电厂安全运行的负面影响。

参考文献：

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