熱電廠主蒸汽管道振動原因分析及治理

常繼平 姚衛星

摘 要：目前，燃煤熱電廠仍然是我國電力和熱力生產的主要形式，主蒸汽管道作為汽水系統的主要管道，直接關系著熱電廠的安全運行，主蒸汽管道在運行過程中會出現各種故障問題，最為常見的是主蒸汽管道的振動故障。本文主要以某熱電廠主蒸汽管道為例，系統性地分析了該廠主蒸汽管道振動產生的原因，并提出了治理主蒸汽管道振動的具體措施。

關鍵詞：主蒸汽；管道；振動；原因

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.155

在熱電廠運行過程中，主蒸汽管道發生振動的主要原因是主蒸汽管道的固有頻率和激振力頻率一致，進而使得主蒸汽管道發生共振現象。通過對主蒸汽管道進行模態分析、應力校核計算，技術人員通過增加主蒸汽管道減振裝置，以此來改變主蒸汽管道的固有頻率，這樣能夠避免管道產生共振現象，并且主蒸汽管道振動幅度顯著降低。

1 主蒸汽管道振動概述

某熱電廠投運一段時間后，為了能夠有效地減少主蒸汽調節門的節流損失，實現提高機組發電效率的目的，將主蒸汽管道由單閥運行方式改造成為效率較高的順序閥運行方式。機組以順序閥方式運行時，主蒸汽管道振動的幅度較大，振動的頻率也明顯上升，這就使得機組不能以順序的方式正常地運行，從而極大地影響了全廠的經濟性和安全性。

通過現場的檢修、維護，技術人員發現：當機組以單閥的順序進行運行時，主蒸汽管道的主振頻率約為0.8Hz，并且以低頻振動為主，而當機組以順序閥的方式運行時，主蒸汽管道的主振頻率約為2Hz，可以發現主蒸汽管道的振動幅度顯著地增大。

2 主蒸汽管道振動原因分析

主蒸汽管道振動最主要的原因是由于主蒸汽管道的激振力造成的，相關研究表明：當主蒸汽管道的固有頻率和激振力一致時，主蒸汽管道將會產生共振現象，并且其振動幅度和頻率將會明顯地增加，從而危及機組的安全穩定運行[1]。

當進行主蒸汽管道設計時，設計人員主要關注的是管道的荷載承受力是否合理、應力是否滿足運行需要等，但是往往忽略了主蒸汽管道的振動問題，一旦主蒸汽流動特性不穩定時，那么當主蒸汽流過彎頭、閥門和三通時，就會產生激振力，這樣就會造成主蒸汽管道發生振動。當機組以單閥運行時，主蒸汽管道產生的振動幅度通常比較小，發生的頻率也比較低，但當機組以順序閥的方式運行時，由于管道固有頻率和激振力頻率相接近，這就非常容易引起管道發生共振現象，這樣就有必要對主蒸汽管道進行固有頻率的計算。本文主要是通過專業軟件對主蒸汽管道進行了系統性的模態分析和應力校核計算。模態分析的結果發現主蒸汽管道第1階振動型式主要以水平X方向為主，并且第2階固有頻率約為2.3Hz，主蒸汽管道第2階振動型式主要以Y方向為主，如表1所示。

模態分析結果發現：主蒸汽管道第1階和第2階固有頻率相對應的振動型式和現場觀察到的管道特征相一致。因此，一旦機組采用順序閥的運行方式時，那么將會導致主蒸汽管道的激振力頻率和固有頻率相一致，使得主蒸汽管道發生了共振現象，這將會導致主蒸汽管道振動的幅度顯著地增大，振動頻率明顯地增多。

3 主蒸汽管道振動的治理措施

為了能夠找出主蒸汽管道發生振動的原因，主要的技術路線是通過改變主蒸汽管道的固有頻率，這樣就使得主蒸汽管道的固有頻率偏離激振力頻率，從而能夠避免主蒸汽管道發生共振現象，進而降低主蒸汽管道振動幅度的目的。固有頻率主要和主蒸汽管道的剛度和質量有關，如果要想使得管道避免共振現象的發生，那么技術人員就需要適當地調整主蒸汽管道的質量和剛度，從而使得固有頻率偏離激振力頻率。由于機組已經投運，主蒸汽管道的質量不容易發生改變，那么只能通過調整主蒸汽管道的剛度來達到消除主蒸汽管道振動的目的。通常情況下，主蒸汽管道的剛度主要和管徑、壁厚、彎頭數量、支吊架狀況等因素有關，并且管徑、壁厚和彎頭數量并不容易進行改變，那么在保證主蒸汽管道應力滿足機組運行的前提下，就可以通過增減減振裝置來調整主蒸汽管道的剛度。

對于經常發生共振現象的主蒸汽管道，可以通過以下措施來解決振動現象的發生：第一，可以在主蒸汽管道上增加減振裝置；第二，對原有的減振裝置進行二次改造；第三，增加阻尼器；第四，更換部分支吊架。綜合現場分析的結果和模態分析結果，本工程主要是采用上述四種方式進行主蒸汽系統的調整，從而很好地解決了主蒸汽管道發生振動的問題。此外，模態分析的結果表明，增加減振裝置后，顯著地增大了主蒸汽管道的固有頻率，第1階的固有頻率增大為3.7Hz（見表2），那么就能夠使得產生共振的第1、2階振動型式不再發生，實質上是提高了主蒸汽管道的剛度，這樣就有效地消除了主蒸汽管道的共振現象。

4 結語

綜上所述，造成主蒸汽管道發生共振的原因有很多，激振力是常見的主要形式，一旦激振力頻率和管道的固有頻率相一致時，主蒸汽管道將會發生共振現象，通常采取的措施是采取有效的措施來改變管道的固有頻率來避免振動現象的發生，本文研究結果表明，改變主蒸汽管道的固有頻率是可行，能夠保證主蒸汽管道的穩定、安全運行。

參考文獻：

[1]鄒本艷.汽輪發電機組振動原因分析[J].化學工程與裝備，2017

（08）：112-113.