管道振动成因及消减措施探讨

鲁炜炜

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摘要：随着我国电力行业的发展，管道在不同振源诱导下形成管道振动，导致管道元件损坏，进而引起支吊架松失效、管道断裂、介质泄漏等缺陷，从而造成严重安全事故，给电厂带来很大的安全隐患。本文首先分析管道振动类型、成因及危害后果。其次探讨消减措施，为管道的安全运行提供维护经验与参考。

关键词：振源；管道元件；消减措施；峰值应力

引言

管道作为一种输送气体和液体的工程结构，被广泛应用在电力、石化等领域中。管道结构在服役过程中，流体运动状态的不稳定会使管道发生位移变形，而管道的位移变形又会对流体状态产生影响，这种流体和结构间的相互作用称为流固耦合作用。在这种长期流固耦合作用下，输流管道会发生疲劳破坏甚至破裂，从而造成安全事故。由此可见，开展输流管道结构流固耦合振动特性研究，分析管道结构振动的产生机理，对管道系统的安全设计及运行具有重要的指导意义。

1管道振动类型、成因及危害后果

1.1机械振动

回转机械，如压缩机、泵等，不管它输送的流体是连续流还是间歇流，本身运转都会产生不同程度的振动。如果制造企业出厂产品振动位移、振动速度、振动加速度等振动值不满足对应检测标准，造成回转部分动平衡不良或设备轴承损坏、磨损或松动，或者设备安装不符合要求，如电机与泵对中超差、泵基础松动等，在这些情况下，与该设备相连接的管道，甚至地面都随之产生较严重机械振动。严重的机械振动往往会造成设备管嘴与管线连接应力集中处开裂，造成介质泄漏。

1.2支撑刚度不足

如果疏水管道的固定支架或限位装置随着机组运行出现松脱、失效等现象，未能发挥固定支架或限位装置的固定作用，就会降低疏水管道的刚度，因此管道在高压加热器运行的载荷作用下发生振动。疏水管道的支吊架数量较少或弯头较多，限位装置和刚性管夹较少，导致管系刚度较低，随着高压加热器的运行，出现激振现象，进而引发管道振动。

1.31.2两相流振动

两相通常指气相与液相，夹带液体的气体、饱和蒸汽等。这类介质输送过程出现热传递时会发生相变，经调节阀降压后也会气化产生两相流，伴有相变的两相流更容易激发管道振动。两相流振动，严重时不仅降低发生部位法兰接头密封性，还会伴有管道流体截面冲蚀、相变疲劳等导致材料性能失效的不利现象发生。

2消减措施

2.1管道的检查与固定

运行中的管道受到的冲击主要是压力波，其产生振动的原因有很多，如材料因素、施工工艺和现场管理等，其中最重要的是压力波动。首先，在管道内压力波传播过程中是以气液两相为主体进行流动，而当流速过大时容易引起泄漏现象，从而导致温度升高以及温度下降速度加快，造成事故隐患。其次，在管壁附近形成较大面积的冲击力，使其产生振动并对周围环境有一定影响，从而导致温度升高和温度下降，甚至引起管道内压强增大、导致破裂等事故发生。为防止管道振动，造成后期管夹支撑松动，及对现场对振幅较大的管道进行加固，并对管路滑动支撑与地面连接进行加固，取消滑动支撑，改为与地面预埋件满焊连接。后期利用等检修，对管道进行专项检查，如焊缝、管道支吊架等相关附属设备。

2.2液击振动消减

（1）高压差、大口径阀门的开启度过小，流体湍动，造成振动。常规措施是在大流量（管道口径DN≥350mm）、阀前后压差高（△P≥10bar）阀门主管道设置旁路平衡阀，平衡阀规格DN20mm～DN150mm，具体规格视项目情况而定。大口径主阀开启前，先开启平衡阀，待主阀前后压力基本平衡后，再开启主阀。或者大口径阀门为控制阀时，根据实际经验数据，设定最小阀芯（板）开启度≥30%，基本上就可以消除这种液击振动现象。（2）泵停运时止回阀处产生液击振动，目前常规措施是采用液压缓闭式止回阀，可较有效的解决问题。（3）大口径长直管线上阀门迅速启闭，有可能造成管系产生巨大水锤，轻则把管道从支架打落，重则受力面产生脆性裂纹、介质泄漏。目前比较好的解决办法是采用流体计算软件，模拟各工况条件计算，以取得最合理阀门启闭时间，理论上讲，阀门启闭时间越长，由此产生的水锤力越小，但阀门启闭时间，还要受安全、生产等其他方面不尽相同的管理要求，因此需要综合考虑。（4）管道插入件振动消减。主要是仪表插入件，当流体流过插入件等障碍物处时，障碍物后方产生涡流，从而导致障碍物振动，此时，需要扩大管径降低流速，比如设置温度计扩大管。

2.3加强油质监督

汽轮机调门油动机伺服阀卡涩或内漏，也是引起EH油管道振动的原因之一。当伺服阀接收到指令信号后，因其内部故障产生振荡，使输出流量发生变化，造成油动机摆动，从而引起油压发生变化，导致EH油管道振动。因此加强EH油系统油质监督，发现油质不合格及时分析原因并加强滤油，确保油质特别是颗粒度指标在合格范围内。对于伺服阀的检查，利用停机时间及时进行更换并返厂进行清洗，清洗后要有清洗合格报告。对管道进行清理检查，也是防止EH油管道振动的有效办法。（1）对于有油污、蒸汽等杂质的地方，应及时清除，防止堵塞，发现问题要立即停止运行。（2）更换管壁泥浆中含有大量腐蚀性物质的管道和阀门。（3）在清洗过程中需要注意，应在冲洗干净之后再彻底清扫槽底残留物，最后用除锈剂除去油污或杂质。采取上述措施之后，在汽轮机静态拉阀试验过程中，EH油管未出现大的振动，调门开度限制也由53%调整至66%，这在一定程度上提高了机组负荷响应速度和一次调频能力。

2.5液体脉动消减措施

（1）在泵的吸入排出口安装缓冲罐（空气室）。（2）设置阻尼减震器。无论是液压还是弹簧阻尼器，可有效地吸收振动能量，减小管道振幅。（3）尽量减少泵后细长管道，泵后管道越细长，其加速度头越大，对其管道影响就越大。管道支撑应设有隔振垫。

结语

综上所述，对于降低电厂管道振动，降低电力设备维护工作量，提高设备可靠性，保护设备安全运行具有很好的参考意义。

参考文献

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