核電廠凝結(jié)水管道振動(dòng)診斷及處理

湯利專 劉曉龍 吳明星

（海南核電有限公司，海南 昌江縣 572700）

0 引言

核電廠凝結(jié)水管道結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，各個(gè)回路的設(shè)計(jì)都需要兼顧精度與質(zhì)量。凝結(jié)水管道振動(dòng)作為常見故障問題，需要分析與優(yōu)化其診斷處理方法，以此來推動(dòng)凝結(jié)水管道改造工作的順利完成，進(jìn)而保證凝結(jié)水管道使用效果。

1 核電廠凝結(jié)水管道振動(dòng)診斷方法

凝結(jié)水管道振動(dòng)是核電廠必須注意的常見故障問題，能夠?qū)е履Y(jié)水管道出現(xiàn)振動(dòng)故障的因素有很多，對(duì)管道振動(dòng)原因進(jìn)行診斷，便可以讓振動(dòng)故障的處理變得更加簡單。

1.1 長期運(yùn)行下的管道老化

在診斷原因時(shí)，可以根據(jù)管道狀態(tài)來判斷振動(dòng)原因。例如凝結(jié)水管道循環(huán)閥在長期運(yùn)行中，將會(huì)出現(xiàn)凝結(jié)水汽腐蝕的情況，而且凝結(jié)水管道還會(huì)在一定程度上受到?jīng)_擊力的影響，進(jìn)而出現(xiàn)管道振動(dòng)問題。

1.2 流體流量超限后的調(diào)節(jié)閥故障

凝結(jié)水管道在運(yùn)行過程中有時(shí)難免會(huì)出現(xiàn)額定流量超出正常范圍的情況，額定流量超限將會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)偏離，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致流速加快，此時(shí)管道的振動(dòng)幅度則會(huì)變得更大。

1.3 布局位置故障

在凝結(jié)水管道中，布局因素同樣有可能導(dǎo)致振動(dòng)問題的發(fā)生，例如當(dāng)調(diào)節(jié)閥布置位置相對(duì)較高且凝汽器位置偏低時(shí)，凝汽器接口位置就會(huì)與調(diào)節(jié)閥生成高差水柱，當(dāng)內(nèi)部壓力出現(xiàn)大幅下降之后，就會(huì)因?yàn)楦g問題加劇而導(dǎo)致振動(dòng)問題的出現(xiàn)。

1.4 管件故障

調(diào)節(jié)閥管徑、管件同樣可能導(dǎo)致振動(dòng)問題的發(fā)生，若調(diào)節(jié)閥管徑管件無法滿足核電廠的實(shí)際需求，就有可能因?yàn)橄钠疀_擊力不足而導(dǎo)致沖擊振動(dòng)的發(fā)生[1]。

1.5 樹脂失效

強(qiáng)堿性陰樹脂比強(qiáng)酸性陽樹脂濕真密度更小，所以在混床內(nèi)一般會(huì)加入ROH 型陰樹脂并在底部放入RH 性陽樹脂。樹脂顆粒密度參數(shù)將會(huì)對(duì)沉降速度造成影響，顆粒密度與沉降速度變化成正比，若樹脂在運(yùn)行中失效，就需要進(jìn)行反應(yīng)分離與再生，此時(shí)便會(huì)出現(xiàn)雜質(zhì)，而且雜質(zhì)還會(huì)隨蒸發(fā)而混入蒸發(fā)器，當(dāng)硫酸鹽濃度增加后，就會(huì)導(dǎo)致管道振動(dòng)問題的發(fā)生。

2 凝結(jié)水管道振動(dòng)處理方法

凝結(jié)水管道減振工作的根本目的就是減緩管道內(nèi)部流體瞬變產(chǎn)生的振蕩運(yùn)動(dòng)，這種減振方式要結(jié)合振動(dòng)情況來進(jìn)行判斷，諸如增加支撐等方式均屬于不停機(jī)處理，能夠避免非計(jì)劃停機(jī)造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，而停機(jī)處理方式則多數(shù)將會(huì)涉及到設(shè)備性能參數(shù)，因此停機(jī)處理應(yīng)該連同供應(yīng)商來一同解決。對(duì)凝結(jié)水管道振動(dòng)而言，應(yīng)該盡量避免使用停機(jī)停工的處理方法，否則便會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p失。

2.1 加裝減振支架

通過加裝減振支架的方式進(jìn)行管道振動(dòng)處理能夠有效降低振動(dòng)問題所帶來的影響。減振支架能夠在一定程度上減緩調(diào)節(jié)閥附近管道的振動(dòng)，對(duì)管系開展模態(tài)分析，能夠獲取到管道振型情況，然后便可以綜合模態(tài)振型來合理布置減振支架。在針對(duì)減振方案開展應(yīng)力分析時(shí)，需要判斷應(yīng)力條件能否滿足減振需求。對(duì)凝結(jié)水管道而言，合理安裝減振支架是振動(dòng)改造期間的重中之重，減振支架的加裝會(huì)導(dǎo)致管道振動(dòng)頻率下降，若發(fā)現(xiàn)部分測(cè)點(diǎn)仍然存在管道振動(dòng)的情況，則需要對(duì)凝結(jié)水管道進(jìn)行更加深入的減振改造。圖1 為管道支架。

圖1 管道支架（單位：mm）

2.2 加裝阻尼設(shè)備

對(duì)管道振動(dòng)參數(shù)以及振動(dòng)頻譜進(jìn)行分析，可以選擇在合適的位置加裝阻尼減振器，阻尼減振器可以有效降低管道振動(dòng)帶來的影響。阻尼減振器根據(jù)類型不同其適用范圍各不相同。例如青島GERB出廠的RRD阻尼減振器就可以在壓力脈動(dòng)引起的管道振動(dòng)中發(fā)揮出良好的減振效果，因?yàn)闇p振器布置具有阻尼液與阻尼筒并且未對(duì)管道熱位移進(jìn)行限制，所以會(huì)產(chǎn)生與動(dòng)力響應(yīng)成正比的阻力，利用消耗管道振動(dòng)的方法可以有效減少振動(dòng)問題所帶來的影響。圖2 為阻尼減振器。

圖2 阻尼減振器

2.3 吊架改裝分析

吊架晃動(dòng)是影響凝結(jié)水管道振動(dòng)的重要因素，若發(fā)現(xiàn)吊架存在晃動(dòng)問題則應(yīng)該進(jìn)行吊架改造，以此來降低吊架帶來的振動(dòng)影響。當(dāng)拉桿過長時(shí)，在運(yùn)行階段就會(huì)在流體作用下出現(xiàn)晃動(dòng)問題，若能夠在不影響吊架原有功能的同時(shí)將吊架改造成為支架，便可以從地面進(jìn)行固定，進(jìn)而防止晃動(dòng)情況的發(fā)生[2]。

3 相關(guān)案例分析

3.1 案例1

3.1.1 振動(dòng)現(xiàn)象

X 核電廠的凝結(jié)水管道在使用過程中發(fā)現(xiàn)水平管線支架錨固板與墻體存在分離的情況，管道運(yùn)行時(shí)發(fā)生了輕微下沉，因此影響到了機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)組在投入運(yùn)行初期，凝結(jié)水管道的振動(dòng)現(xiàn)象相對(duì)較弱，并為被核電廠工作人員察覺，而隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的延長，凝結(jié)水管道的振動(dòng)越來越劇烈，個(gè)別管道甚至出現(xiàn)了支吊架脫落的情況。調(diào)整閥門與旁路管在振動(dòng)過程中產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的噪音。圖3 為凝結(jié)水系統(tǒng)圖。

圖3 凝結(jié)水系統(tǒng)圖

3.1.2 振動(dòng)原因

工作人員對(duì)凝結(jié)水管道的使用情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，管道系統(tǒng)其主要振源并不是凝結(jié)水泵或其他分支管道，凝結(jié)水系統(tǒng)所面對(duì)的非正常壓力波動(dòng)同樣與凝結(jié)水泵無關(guān)。通過針對(duì)管道系統(tǒng)匯總的其他設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)與排查，工作人員發(fā)現(xiàn)了調(diào)整閥門開度會(huì)在負(fù)荷恒定的情況下出現(xiàn)非正常變化，閥門開度的波動(dòng)幅度最大達(dá)到了4%。機(jī)組還有部分管段振幅較大，最大振幅達(dá)到了3cm。調(diào)節(jié)閥門開度的變化將會(huì)導(dǎo)致管道流體、流量產(chǎn)生瞬變，因此凝結(jié)水管道流體生成的振蕩運(yùn)動(dòng)將會(huì)影響到凝結(jié)水系統(tǒng)。由于管道不同，支撐情況存在明顯差異性，所以在面對(duì)流體振蕩運(yùn)動(dòng)時(shí)，個(gè)別部位會(huì)發(fā)生較為劇烈的振動(dòng)。管道系統(tǒng)振動(dòng)日益激烈的主要原因是調(diào)節(jié)閥門開度穩(wěn)定性下降以及支吊架在長期使用中出現(xiàn)的松動(dòng)。從本質(zhì)出發(fā)，凝結(jié)水管道振動(dòng)的主要外因就是因?yàn)橹文芰Τ霈F(xiàn)了問題，因?yàn)榧s束力無法制約振動(dòng)產(chǎn)生的變位問題而導(dǎo)致振動(dòng)愈發(fā)嚴(yán)重。

3.1.3 診斷方法分析

在進(jìn)行凝結(jié)水管道振動(dòng)診斷時(shí)，檢查人員優(yōu)先針對(duì)設(shè)備的外部運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行了檢查，可以發(fā)現(xiàn)管道運(yùn)行環(huán)境與日常檢查時(shí)的環(huán)境一致，并不存在環(huán)境異常的情況。

檢查人員針對(duì)與管道相連的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行了檢查，檢查時(shí)并未發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的異常響動(dòng)。

在針對(duì)泵的啟停以及閥門檢查時(shí)，檢查人員發(fā)現(xiàn)了閥門動(dòng)作異常，因此可以初步判斷管道振動(dòng)是由閥門動(dòng)作導(dǎo)致的壓力脈動(dòng)所引發(fā)的。結(jié)合設(shè)備進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)閥門開度的最大波動(dòng)達(dá)到了4%，瞬間波動(dòng)導(dǎo)致的管道內(nèi)部流體流量瞬變是引發(fā)管道振動(dòng)的關(guān)鍵。

3.1.4 減振對(duì)策

X 核電廠減緩凝結(jié)水管道振動(dòng)的核心措施就是盡量減少流體瞬變生成的振蕩問題，這種減振方式必須在機(jī)組停運(yùn)后方能進(jìn)行，所以為了減少非計(jì)劃性停機(jī)而造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，并保證凝結(jié)水管道的運(yùn)行安全性。X 核電廠在減振過程中采用了不停機(jī)限振對(duì)策，通過調(diào)整管道支吊架松緊度使吊架的受力情況變得更加合理，降低流體帶來的瞬變沖擊。

機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，開啟凝結(jié)水泵再循環(huán)門，可以通過分類調(diào)節(jié)的方式降低振動(dòng)沖擊。

通過分析凝結(jié)水管道的各項(xiàng)參數(shù)，并在凝結(jié)水管道中添加更多支撐，通過支撐對(duì)振動(dòng)變位進(jìn)行有效約束。在加入支撐時(shí)，開展全方位受力分析，通過充分考慮不同狀態(tài)下的管道變位情況，來杜絕不良限振對(duì)管道造成危害。

X 核電廠通過開展凝結(jié)水管道的限振處理，管道減振能力得到了明顯的提高，若需要徹底消除振動(dòng)隱患，則應(yīng)該注意針對(duì)調(diào)整閥門開度瞬變進(jìn)行處理。通過將閥門開度波動(dòng)控制在1%以內(nèi)，并降低振幅波動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)管道振動(dòng)的控制。

3.2 案例2

3.2.1 振動(dòng)現(xiàn)象

該核電廠為了擴(kuò)大生產(chǎn)，進(jìn)行了改建工作，使管道的中心線高度明顯提升，提升幅度達(dá)到10 米，長度增加了15米，提高了生產(chǎn)效率。但是于三個(gè)月前發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水管道存在振動(dòng)現(xiàn)象，通過觀察發(fā)現(xiàn)，在機(jī)組運(yùn)行初期階段，振動(dòng)現(xiàn)象不明顯，但后期發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)的嚴(yán)重程度與機(jī)組運(yùn)行時(shí)間呈正相關(guān)，最嚴(yán)重時(shí)甚至部分設(shè)備脫落。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，凝結(jié)水管道閥門振動(dòng)最明顯。

3.2.2 診斷過程

分析凝結(jié)水管道發(fā)生振動(dòng)的原因發(fā)現(xiàn)，管道壓力波動(dòng)存在異常。具體原因分析流程如下：1）檢查凝結(jié)水泵，未發(fā)現(xiàn)異常，因此排除由凝結(jié)水泵導(dǎo)致的振動(dòng)。2）觀察分支管道，未見振動(dòng)現(xiàn)象，排除該項(xiàng)原因。3）觀察參數(shù)監(jiān)測(cè)設(shè)備，發(fā)現(xiàn)閥門負(fù)荷變化存在異常，初步判斷故障由此導(dǎo)致。4）排查閥門，未見故障，因此考慮與閥門流過的流體所產(chǎn)生的振動(dòng)有關(guān)。進(jìn)一步分析，確認(rèn)了上述原因。

3.2.3 減震措施

首先考慮到管道吊架由于振動(dòng)而掉落，因此將其擰緊固定，確保吊架受力分配均勻。

對(duì)流體流量進(jìn)行調(diào)整，首先減小流量，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象減弱，繼續(xù)減小流量，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象消失。

在管道特殊部位增加支撐性結(jié)構(gòu)，避免在發(fā)生類似故障后，再次出現(xiàn)吊架以及其他設(shè)備脫落的問題。

凝結(jié)水管道在改造前后的質(zhì)量參數(shù)差別非常大，改造后其振動(dòng)問題得到了控制。表1 為改造前后振動(dòng)速度對(duì)比。

表1 改造前后振動(dòng)速度對(duì)比

4 提高核電廠凝結(jié)水管道振動(dòng)診斷處理水平的對(duì)策

為了保證診斷以及處理效果，落實(shí)管理工作是關(guān)鍵步驟。而管理則需要從體系的建立、質(zhì)量管理等方面出發(fā)而實(shí)現(xiàn)。

4.1 完善凝結(jié)水管道診斷處理體系

事前管理是預(yù)防凝結(jié)水管道振動(dòng)問題的關(guān)鍵，通過安排專人進(jìn)行定期管道檢查可以促使管道運(yùn)行效果得到保障，在提高管道使用壽命的同時(shí)增加管道運(yùn)行穩(wěn)定性。在事前檢查過程中，若發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水管道存在異常情況，就必須及時(shí)進(jìn)行針對(duì)性處理，以此來避免故障問題的進(jìn)一步惡化。在事中管理過程中，需要從故障定位著手，即當(dāng)振動(dòng)問題發(fā)生后，要在第一時(shí)間針對(duì)故障區(qū)域進(jìn)行定位，定位完成后及時(shí)進(jìn)行振動(dòng)診斷處理。事后管理期間需要進(jìn)行振動(dòng)故障記錄，事后管理有助于增加振動(dòng)故障的診斷處理經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而保證后續(xù)面對(duì)振動(dòng)故障時(shí)，能夠找出更好的處理方式。將PDCA 循環(huán)法融入診斷管理體系中，可以讓診斷管理變得更加規(guī)范。即將診斷管理體系劃分為提出診斷計(jì)劃、診斷計(jì)劃執(zhí)行、執(zhí)行效果檢查、檢查結(jié)果處理四個(gè)步驟，若在任何步驟發(fā)現(xiàn)診斷存在問題，就需要重新循環(huán)診斷過程。診斷管理體系作為開展凝結(jié)水管道管理的關(guān)鍵，可以通過事前、事中、事后管理的方式對(duì)凝結(jié)水管道診斷工作進(jìn)行拆解。

4.2 提高管道材料質(zhì)量

為了降低振動(dòng)故障所帶來的影響，可以通過材料管理來保證材料性能滿足凝結(jié)水管道的運(yùn)行需求。在材料管理期間，采購材料時(shí)要注意對(duì)材料性能進(jìn)行檢測(cè)，材料質(zhì)量檢測(cè)是確認(rèn)材料性能的重中之重。在選擇材料時(shí)，要注意驗(yàn)證是否具有合格證書與檢測(cè)報(bào)告，只有杜絕材料性能問題才能夠保證管道運(yùn)行質(zhì)量。當(dāng)管道材料驗(yàn)收完成后，應(yīng)該注意加強(qiáng)材料倉儲(chǔ)管理，結(jié)合材料特性來合理選擇倉儲(chǔ)形式，能夠降低倉儲(chǔ)對(duì)材料質(zhì)性能的影響[3]。管道材料的主要作用就是在振動(dòng)等一系列故障發(fā)生時(shí)對(duì)相關(guān)的管道部件進(jìn)行更換，所以在倉儲(chǔ)期間需要注意控制倉儲(chǔ)成本，防止因?yàn)閭}儲(chǔ)成本過高而影響到凝結(jié)水管道的故障處理效果。

4.3 做好管道振動(dòng)監(jiān)督工作

凝結(jié)水管道振動(dòng)監(jiān)管是保證凝結(jié)水管道運(yùn)行效果的重要環(huán)節(jié)，通過在合理位置加裝監(jiān)督設(shè)備，可以對(duì)凝結(jié)水管道的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集。對(duì)凝結(jié)水管道而言，很多振動(dòng)問題都是在流體沖擊時(shí)產(chǎn)生。因此可以在管道轉(zhuǎn)角位置進(jìn)行監(jiān)督，持續(xù)了解管道內(nèi)部的流體沖擊情況，若沖擊力出現(xiàn)異常參數(shù)，則要及時(shí)安排診斷人員進(jìn)行分析與處理，避免異常問題的進(jìn)一步擴(kuò)大。在科技的不斷發(fā)展中，凝結(jié)水管道可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)管，遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)管與定期運(yùn)維相結(jié)合，可以讓凝結(jié)水管道管理效果得到進(jìn)一步提高。

5 結(jié)論

總而言之，凝結(jié)水管道是核電廠中的重要組成部分，凝結(jié)水管道的運(yùn)行質(zhì)量與核電廠的運(yùn)行效果息息相關(guān)，管道振動(dòng)作為常見故障問題之一，對(duì)其診斷處理管理進(jìn)行研究，能夠讓管道運(yùn)行更加順利，并提高管道安全性。相信隨著更多人了解到核電廠凝結(jié)水管道振動(dòng)診斷處理的重要性，凝結(jié)水管道的運(yùn)行質(zhì)量一定會(huì)變得更好。