火電發電廠管道閥門振動危害及對策探討

李德碩

【摘 要】在當前的火力發電廠中，主要是通過燃料燃燒加熱帶動水蒸汽，對設置的發電設備進行推動進而產生電力，在整個系統中，管道和閥門發揮著不可或缺的重要作用，管道是整個系統的血管，而閥門則是整個系統的控制開關。由于諸多因素的影響，管道閥門經常出現振動現象。不僅剪短了使用壽命，甚至會導致管道閥門的破裂，嚴重威脅著火力發電廠的安全生產。基于此，本文主要對火電發電廠管道閥門振動危害及對策進行分析探討。

【關鍵詞】火電發電廠;管道閥門;振動危害;對策探討

1、前言

隨著發電技術的不斷進步，火電單機容量隨著不斷增加，對于閥門、管道在材料和技術方面上提出了越來越高的要求。但出于材料、構造、設計、安裝、選型、運行及閥門管道內流體介質物化性能等因素的影響，在進行使用時經常會發生管道振動現象和閥門振動現象，導致其使用壽命縮減，對設備造成破壞，影響到經濟效益，甚至會造成閥門、管道開裂，對周邊環境造成污染，阻礙電力生產，釀成生產事故，嚴重危害人們的生命財產安全。

2、管道閥門振動造成的危害

管道與閥門的動態分析是和其靜應力分析相對的，其特點為：構件破壞多為疲勞損害，振動響應呈現為時間函數。壓力管道閥門疲勞損害的主體表現方式有兩種：高循環疲勞破損和低循環疲勞破損，導致管道閥門產生呈現振動的原因有很多，不同的實際情況需要進行細致深入分析才能正確地選擇應對措施，從而取得符合實際要求的減振效果。振動對于管道閥門產生的危害主要表現為以下四點：

2.1使用壽命的縮減

振動會導致管道閥門產生大量機械運動，會對振動部位造成金屬疲勞，極大程度上縮減管道閥門的使用壽命，如果沒有及時進行更換維護，在進行生產時容易出現破裂，造成不必要的損失。

2.2對發電系統的破壞

大量振動會導致管道閥門的連接部位出現失效、破壞，造成接管座開裂、輸水管斷裂、支吊架失效甚至管道破裂，尤其是高壓蒸汽管道，一旦高壓蒸汽管道出現了以上情況，將直接釀成災難性事故，后果不堪想象。

2.3對管道閥門自身的損壞

當閥門閥頭振動速度遠遠高于管道的振動速度時，由于雙邊振動速度不一致，將會導致閥門元件振松，造成閥門泄露或者失控或者管道斷裂，進而對閥門管道造成損壞，導致系統故障，機組停機。

2.4對儀表儀器的損壞

在火電系統中，管道閥門往往和各類儀器儀表進行直接聯系，如果出現了閥門管道振動，將會直接對連接的儀器儀表造成直接破壞，對控制系統的正常運行造成不良影響。

3、管道閥門的振動類型

3.1管道共振

在進行火電生產時，水或者蒸汽在管道中流動，會導致管道閥門產生一定程度的振動，這種振動就是管道共振。管道共振的主振頻率一般情況下都在5Hz以下，屬于是低頻率的連續性振動。在進行火電生產時，如果共振振奮較大，共振響應強烈，將會對設備和管道產生較大的危害。管道共振主要是由于管道某階段的固有頻率和介質紊流所產生激振力頻譜中的低頻主振頻率接近所產生的。兩者之間頻率接近，產生共鳴共振，繼而導致管道振動，對管道和儀器的正常使用帶來一定的不良影響。

3.2強迫振動

當介質激振時，如果激振頻帶較廣，激振強度較大，相應的管道振動不再是管道共振，而是強迫振動。強迫振動的特點為主振頻率較為模糊，各類頻率成分混淆在一起，頻率較共振型振動更高，強迫振動的治理難度較大。

3.3閥門自激振動

閥門自激振動指的是由閥門引起的系統振動。系統激振受到系統自身控制，當閥門自激振動受到抑制時，系統激振將會隨之消失。例如閥門開度較小時，介質流動情況發生劇烈變化，進而引起的振動便是一種閥門自激振動，當介質流過閥門時，流動情況發生劇烈變化，局部壓力產生波動進而形成激振力，閥片或者閥芯及閥桿受到受迫振動，反向對介質生成激振，激振將以波的形式通過介質傳播到整條管道和與其相連的設備和容器中。閥門自激振動的特點是振動強度和振動頻率較高，主振頻率可以在頻譜圖中明確顯示出來，該種振動可以通過閥門檢修、改型或者調整控制系統的方式來進行解決。

3.4兩相流引起的管道振動

高壓加熱器在進行疏水時，當水流疏導到除氧器管道時，因為水流在管道上升過程中相應壓力會降低，等到壓力降到飽和點，部分水會產生汽化，導致汽水兩相，引發管道振動，汽相介質和水相介質在密度上存在著極大的差距，形成的流場較為混亂，所引起的振動普遍會比單一介質引起的振動更強烈。

3.5水錘引發的沖擊振動

在蒸汽管道內，如果還有凝結水存在時，突然開啟閥門，高速流動的水蒸氣將瞬間把凝結水加熱到蒸汽，并產生巨大沖擊力，會對閥門、管道、管座和支吊架產生較大的沖擊，損害到整個系統的結構。在高低壓旁路等區域出現疏水不暢問題時，這種現象發生的幾率將會提升。

3.6給水泵低流量導致的管道振動

給水泵在低于其最小流量時，將會發生汽蝕現象，介質壓力產生劇烈波動，進而導致管道產生強烈振動。因此為了有效保護管道系統和泵閥設備，應當盡量避免給水泵在接近最小流量的情況下進行低流量工作。

4、管道振動治理原理

之所以對管道振動進行研究，主要是想進一步明確不同種類管道的振動機理，從而采取有效的手段，消除振動，盡量降振動的危害。如果管系的剛度大，那么，固有的頻率也就會越大。對管系固有頻率進行調整時，主要是調整系統的剛度，可以調整彎頭的數量，對管徑壁厚進行增大，增加支架數量，這些手段都能改變管系的剛度。一般情況下，第一步，分析管系的固有頻率，第二步，調整其頻率，以此消除低階的激振頻率，這就可以預防共振現象。在激振頻率、激振頻率，以及管道的剛度的影響下，都會給治理工作增加相應的難度。對于管道振動進行治理時，應該科學的改變管系的剛度，保持管道合理的應力。

5、管道振動治理的對策

（1）對管道的設計圖紙進行檢查和審核。

（2）進行管道振動情況現場勘查，記錄振動現象并進行分析。

（3）對管道支吊架的現場進行全面的檢驗，一般情況下，要檢驗的內容為以下幾點：

①檢查原有的減振限位以及相應的約束點，查看其安裝工作是否規范。

②查看管道系統的運行情況，并且，檢查是否具有膨脹痕跡等。

③對各支吊架進行檢查。

（4）對管道的振動進行測量，處理相應的數據，進而得出管道的振動時域圖、頻譜圖。

（5）通過管道分析軟件，分析管道模態，要做好兩方面工作，一是計算出管道的固有頻率;二是分析管道的振形。

（6）對管道振動治理對策進行初步確定，制訂出科學的治理方案。

（7）對管道的應力進行分析和計算，并且，管道要具有較強的柔性。

（8）提交相應的材料清單以及減振方案，將振動治理方案落實。

6、結語

在火電生產過程中，管道閥門的振動會導致整個發電系統的正常運行出現故障，通過對振動的合理處理，可以有效地延長設備管道的使用壽命，減少停機次數，在最大程度上降低事故發生的幾率，在發電廠的生產中，除了具有管道、閥門會出現振動，其他的設備也會出現振動。相關人員應該掌握基本的振動知識，正確處理這種振動，盡量減小設備危害，從而延長各種設備的工作壽命。因此，我們應該現場的管道閥門的運行進行全面的分析，制定有效的治理方案，避免非計劃停機，減少不必要的事故，從而提升火力發電廠的經濟效益。

參考文獻：

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（作者單位：國家電投遼寧清河發電有限公司）