核電廠常規島工藝管道振動改善研究

李秋實 黃盼 潘冠旭 嚴浩東

中圖分類號：TM623 文獻標識：A 文章編號：1674-1145（2020）02-160-01

摘 要 目前我國核電廠常規島工藝管道的設計形式大部分為柔性設計，柔性設計的缺點就是管道經常受到流體的影響產生振動。本文主要闡述了核電廠常規島管道改造的理論依據，針對管道振動的問題，制定有效的改善措施。

關鍵詞 核電廠 常規島工藝管線

核電廠常規島工藝管道在設計時采取的大多是非抗震型，管道的柔性較大，柔性設計的優勢在于避免管道正常運行時熱膨脹受到限制，其中管道的支撐一般選擇的都是彈簧吊架。柔性設計的缺點就是管道無論在垂直方向還是水平方向，其強度都不是很高，管道很容易受到流體的影響而產生振動。本文對核電廠常規島管道振動的原因進行分析，制定了科學合理的管道振動改造方案，并對實際中整改方案進行描述。促進我國核電廠常規島工藝管道技術的可持續發展。

一、管道振動原因分析

經過我們的實際分析，對常規島工藝管道造成振動的影響因素主要由兩個方面：1.管道本身采取的柔性設計造成管道的剛度不強，管道支架布置起來比較困難，很容易受到流體的影響產生振動；2.管道內流體流動不規律，尤其是在剛剛啟動和最后停止的時候，經常發生管內流體在管道變向的位置和管徑縮放的位置運行狀態的不穩定，可能造成管道的振動，或者管道閥門調節功能頻繁、管內截流孔板的設計不合理等，都會引起管道的振動。

常規島管道工藝的設計、管道運行調試都需要根據管內液體的實際情況，相對比較復雜，同時管道流體狀態的測試、模擬、分析、計算也需要大量的人力物力，消耗大量的時間。因此我們需要從管道柔性設計的原因出發，在原有管道布置的基礎上，對管道的整體剛度進行提升，是目前經濟價值最高的措施。管內同時會受到擾動載荷的影響，但是這種影響的程度比較小，只要管道的剛性達到要求，就能很好地抵抗擾動載荷帶來的影響，避免管道產生振動。

二、管道振動改造方法

通常我們對常規島管道的改造中經常使用的方法有以下幾種：1.找到日常工作中，管道振動比較大的地方，增加管道的剛性支撐。首先要確定需要增加支架的位置，對該段的管道進行應力分析，該方法的優點就是操作簡單，缺點就是原有支架的載荷與管道部分接管載荷可能變大，增加的管道支架承受的載荷也變大。2.將阻尼器安裝在管道振動較大的地方，該種方法的優點就是設計工作量比較小，缺點就是安裝的成本比較高，安裝流程比較復雜。3.對管道布局或者工藝流程進行完善和創新，該種方法的優勢在于起到的效果比較明顯，缺點就是施工周期長，投資成本高。

針對以上方案存在的問題，經過我們的分析研究，在設計上進行了適當的改進，降低了管道產生振動的程度。主要采取的措施有以下幾點：1.對管道改造前后的振動情況進行實地的測量，并記錄在案；2.找到造成管道振動的原因，計算振動限值，制定整改方案；3.確定方案的可行性；4.設計科學合理的管道支吊架；5.對改造完成后的支吊架抗震動效果進行評價。

三、常規島管道振動改造具體措施

想要降低管道振動，目前我們從兩個方面考慮，制定科學合理的防范措施：

1.從管道的運行工藝角度考慮。對給水泵的運行方式進行完善和創新，尤其是對流量的控制，一定要在合理的范圍內，避免出現瞬態的變化，產生較大的壓力波，目前我們正在研究對泵的開度進行精確的調節。

2.一些比較長的管道，在最初的設計時固定支架的數量不夠，這就要求后期增加減震支架數量，達到提高管道結構剛度的作用，同時還能提高管道的固有頻率，避免出現共振的現象，降低管道結構振動幅值。

目前我們應用最為廣泛的就是對管道結構剛度進行提高，達到降低管道振動的效果，同時也是最為經濟有效的措施之一。對支吊架進行科學合理的布置，適當的增加支吊架的數量，在必要的位置適當安裝一些固定支架、導向支架、撐桿等輔助限位裝置，必要時還可以安裝阻尼器，支架之間的距離也不要太大，保障管道的剛度需求。在管道拐彎的位置，加裝兩個導向支架，并對原有水平管道振動幅度較大的位置，對原支架的布置安裝形式進行改造，加強管道的剛性，達到降低管道振動的目的。我們要重點的監督管道彎頭位置，彎頭是管道中比較薄弱的環節，同時我們還要計算出管道的應力，保障管道各點的應力值都在設計的允許范圍之內。

四、結語

經過以上的研究和分析可以看出，想要保障核電廠運行的安全可靠，就要避免管道支吊架因為管道振動而產生的安全事故發生，制定科學合理的預防和控制措施。主要可以分為兩個方面：1.工藝運行方面。首先，現場人員的操作水平需要加強，避免因為人為失誤帶來的操作不當，尤其是泵的快速啟閉、閥門的快速啟閉、泵的異常開關等，都可能引起管道的振動；然后，對閥門進行選擇時，一定要按照設計要求。2.支吊架設計方面：如果管道設計時長度比較長，那么管道的剛度也隨之增加，降低管系自身的柔度，提高管道固有頻率的同時，還能避免管道出現共振的現象，充分地考慮到了支架的安全穩定性。

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