淺談鍋爐汽水系統管道振動存在問題與解決對策

摘要：火力發電廠中的鍋爐汽水管道分布范圍十分廣泛，為了提高鍋爐運行安全，需要對管道振動問題進行研究。火電廠鍋爐受到管道振動影響，會發生泄漏及爆炸等事故，這不僅會嚴重阻礙火電廠的正常運行，更會導致企業經濟利益受損，因此采取積極有效的措施避免管道振動問題的發生刻不容緩，只有這樣才能從根本上提高管道本身的抗振性能。

關鍵詞：鍋爐汽水系統；管道振動；鍋爐運行；管道泄漏；管道爆炸；火電廠 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK223 文章編號：1009-2374（2017）08-0096-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.046

在火電廠的正常運行過程中，汽水系統的作用是不容小覷的，管道振動從本質上來看，是一種較為普遍的現象，但是如果振動幅度過大，就會直接導致管道系統受損，更為嚴重的還會造成零部件的損壞，其功能也就無法發揮，相對的汽水管道中的管線在受到長時間振動影響后，也會出現反應速度下降等的多樣化問題。頻繁發生振動現象、振動強度高等都會對管道中相對弱化的部分造成直接影響，這樣不僅會導致管道操作設備的使用性能受損，更會阻礙系統的正常運行。

1 鍋爐汽水系統管道振動存在的問題

1.1 激振力所產生的影響

激振力對管道的振動影響通常會由三個層面體現出來：

首先，管道內部流脈動所產生的振動影響，這主要是因為管道內部的運行是依靠泵及壓縮機等，通過將壓力轉變成動力，在實現動能轉化的這一過程中，增加壓力的形式是具有間隙性的，但是這種形式卻存在一定的弊端性，在加壓過程中，管內產生的壓力值會受其影響出現振動現象，這也就是由壓力引起的脈動現象，通過這一作用，流管內就會出現脈動現象，導致這種現象發生的直接原因就是流動物質處于管道內流動過時，在管道的拐彎處及相應部件上停留，當時間不斷推移，激振力就會逐漸增強，鍋爐汽水系統就會出現管道振動現象。

其次，由液擊作用引起的振動。鍋爐汽水系統中的液體在實際運行過程中，需要發揮其控制作用，始終保持啟動閥門等動作，在這一過程中管道中存在的流動液體就會處于隨時變化之中，不僅速度會有所轉變，容量上更是有所增加，這就使得管道內的壓強值隨之不斷產生增加或減少狀態，而液體在流動過程中也會與管道內壁產生反應，出現錘擊聲響，這也就出現了常說的液體擊打現象，同時根據其形成形式，也可以將其看作是水錘以及水擊方式。液體在管道內運動時，能夠改變管道內存在的壓力及壓強，一旦這種壓力超過標準范疇，管道就會出現爆裂問題，與此同時，壓力就會隨之下降，產生負壓值，這時管子就難以保持穩定狀態。除此之外，液擊還會直接導致管道受其影響，出現頻率不一的振動問題，隨之而來的噪音也會直接導致管道系統難以維持穩定狀態。

最后，管道內流動液體在運動過程中需要依托于速度維持流動，從而達到振動狀態，這主要是因為液體與管道的交叉位置相互脫離，會使液體速度發生改變，導致振動現象的發生。

1.2 管道系統產生的影響

造成鍋爐汽水系統管道振動的原因并不是單一的，其組成形式多種多樣，究其根本可以發現，造成振動問題發生的關鍵點就是系統中存在設備受到動能影響而產生動力現象，或者是管道內部的液體在運行過程中，內部環境發生改變，導致液體與管道發生碰撞，壓強發生變化。鍋爐汽水系統在這一過程中核定數值會發生改變，這種變化不只體現在設計數值上，安裝環節及施工環節等都有可能導致數值的改變。

數值變化最為頻繁的時期就是系統安裝環節，這一過程中的眾多因素都能夠對管道振動強弱產生直接影響，一旦控制不當，將會導致后續運行工作困難重重。管道系統實際上是一個可以接受上下浮動變化的貫通性系統，一旦管內本身激振力發生變化，就會導致核定頻率發生改變，增加管道振動頻率及幅度。尤其是部分結構比較單一的管道系統，在對核定頻率計算時，選擇方式比較多樣化，能夠滿足實際計算需求，在復雜的管道系統中，也會將其劃分為不同的部分進行替代，因此，這就需要將質量問題納入重點考量范疇中。

1.3 外力施壓造成的振動

外力作用同樣會對管道造成直接損傷，雖然部分損傷并不會影響管道的正常使用，屬于輕微的外力作用，但是有些反應卻相當嚴重，能夠對管道造成破壞性損傷。部分反應力在發揮其能效時，不會受相關因素所影響，但是平衡其外力關系的因素卻有許多，外力會根據負荷變化做出反應，負荷增加外力也將會有所增加，而負荷變小，外力也會隨之減少。當超過核定標準時，管道內裝置系統的運行將會依托于內部壓力所調節，當自重的影響超過本身最大限值時，高頻振動問題將會發生。

2 解決鍋爐汽水系統管道振動問題的優化對策

2.1 通過實地觀察進行初步判斷

管道振動問題的發生原因是多方面的，因此應用何種措施將問題解決，需要從問題發生源頭入手，具體問題具體解決，這就需要實時觀察并分析系統內各個儀器的安裝是否達到預期標準、管道運行是否通暢、儀表顯示器是否發生不規律晃動，一旦發現異常情況，工作人員應當在第一時間將問題解決，并將儀表顯示器的晃動幅度控制在合理范圍內，避免安全問題的發生。在實地觀察階段，工作人員應當運用專業能力，運用眼睛去觀察鍋爐汽水系統非常規運行現象，并在綜合多方因素的前提下進行全面性檢查。在與核定數值做對比時，將偏差數額降到最低，確保空間規劃的合理性，使其更加符合應用標準，提高管道運行的穩定性。除此之外，保障系統是系統安全的首要前提，因此，這就需要根據實際情況，實時升級保障系統，只有這樣才能為管道的長遠運行提供安全保障，降低管道振動頻率及強度。

2.2 進行現場檢測做出原因分析

鍋爐汽水系統管道振動的工程師需要到現場去進行實地檢測，并在此基礎上確定引發問題的根本原因，確保物品在傳輸環節不會出現破損現象，提高問題解決效率，避免問題的進一步惡化，提高管道安全標準，為工作權益提供可靠性保障。管道性能的充分發揮離不開科學合理的優化設計，只有這樣才能在設計與維護工作的推進環節更加深入地開展研究及探討工作，提高管道運行效率。

2.3 加強避振措施

由于我國的管道避振工作起步較晚，從目前來看，并沒有形成完整的保護系統，因此，我們可以向外國借鑒成功經驗，在條件允許的情況下，將留學生送出國門，開拓他們的眼界，引進新型技術，在實際工作中總結出一套符合火電廠鍋爐汽水系統管道安全運行的系統化措施，從而在第一時間解決由于技術水平低而導致問題無法解決的迫切問題。在學習及研究過程中，應當保持不怕苦、不怕難的探究精神，揚長避短，在學習優秀經驗的同時提高技術品質，從根本上提高我國的管道防振技術水平。

2.4 綜合測評

在系統不斷更新換代的同時，要通過多次管道實驗，進行數據合理性對比，使其更加具有代表性，并將其作為可參考數據，進行更加深入的研究及推斷，這不僅能夠提高測評精準度，更能在此基礎上，對科研數據及結果進行綜合考量，使其與實際情況更加符合，提高管道運行效率，為后續工作的開展夯實基礎。管道的平穩運行，不僅能夠提高管道安全系數，更能降低振動強度，當測評結果與預期標準更加契合時，管道應用效率將會更加明顯，這就能夠有效改善管道晃動的相關問題，提高火電廠鍋爐檢修水平。

2.5 改變工質參數

在電廠汽水系統運行過程中，由于多種因素共同作用，發生管道振動，通過改變工質參數（如壓力、流速、溫度等），使管系振動減弱并控制在理想范圍內。工質參數對管道振動影響如下：

首先，管內壓力對管道振動的影響。管內壓力對系統固有頻率無明顯影響，但壓力的升高對振動有加強作用，當管道因振動出現應力破壞時，壓力的存在使管道的破壞進一步加劇。

其次，溫度對管道振動的影響。管道系統的溫度大小取決于管內工質溫度，溫度的高低對管道振動沒有直接影響，但工質的溫度越高，管道的熱態膨脹越嚴重，產生的熱應力也越大，此時管道的振動對管系的安全性也越不利，因此對于溫度越高的管道更應該控制管道的振動。

2.6 優化剛度法

電廠汽水管道的設計是根據機組容量確定各個管道系統輸送介質的壓力、流量，從而確定管道材料、管道直徑。管道布局、支吊架的選擇、布置位置是根據建筑的結構特點確定的。在管道布局確定之后，改變管道的支承剛度對控制管系的振動顯得尤為重要，并把這種方法稱為優化剛度法。從理論上來講，剛度越大對減少管道振動越有利，此時管道的基頻也隨之增加。當剛度增加的同時，管系的應力也隨之增加，應力增加又會對支吊架、基礎設施和管道強度提出進一步要求，因此剛度應該取其中一個既滿足應力要求又可以提高基頻的優化值。

2.7 小角度轉彎法

電廠汽水管道內流動工質的動力來源于泵的做功，泵的不連續加壓方式使管內工質的壓力和速度隨時間發生變化，這種變化稱為流體脈動（包括壓力脈動和速度脈動）。由脈動作用而產生的激振力作用在管道上，這種脈動作用結果主要是由于壓力脈動造成的。削減流體脈動作用于管道上的激振力，可從兩個方面考慮采取措施：在設計電廠管道時，在滿足設計要求和現場工藝要求的前提下，應盡可能使管道的走向平直，減少彎頭的使用數量；當對彎頭進行選型時，應盡量使用轉彎角度小的，即采取小角度轉彎法。

綜上所述，管道振動問題的發生頻率普遍較高，相對的如果設備產生沖撞波等，其振動強度會隨之增加，但是導致管道振動問題的存在因素是多樣化的，無論是設計環節出現偏差，還是使用水平偏低所帶來的影響，都會使管道正常運行受到阻礙，這就需要工作人員從各個環節逐步推進管道振動問題的解決工作，防止問題的進一步惡化，我們相信，在不斷更新、引進新技術的同時，我國在管道防振方面的控制水平將會更高。

參考文獻

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作者簡介：蘇孝剛（1977-），男，安徽淮南人，大唐安徽淮南洛河發電廠助理工程師。

（責任編輯：王 波）