核電廠工藝系統管道振動測量與評價方法

林黎明 楊中敏

摘 ? ?要：倘若核電廠的管道處在高振動水平的惡劣狀況下運行，那么它的焊縫等危險截面就將會產生非常大的安全隱患，與此同時，在管道振動的情況下，小支管、安裝的閥門等多個部位都將遭受不利影響。在核電廠之內，工藝系統管道的完整性是最為重要的，它是核電廠得以順利運行的關鍵所在。怎樣才能夠針對于核電廠工藝系統管道的振動實施有效的測量與評價，是現現階段相關技術人員必須要高度重視的問題。為此，本文結合實踐經驗，對核電廠工藝系統管道振動的測量與評價方法展開了探討，希望能夠為相關人員的工作提供參考與借鑒。

關鍵詞：核電廠;管道振動;測量;評價方法

1 ?引言

在核電廠當中，工藝管道系統的完整與否，將會對整個核電廠的生產運行造成直接影響，因此，怎樣才可以實施科學、有效的管道振動測量與評價工作，是當前相關技術人員所重點關注的問題。相較于旋轉機械而言，管道振動的測量與評價方法是完全不同的，除了表現在測點選取、數據處理等方面的差異外，因為每一條管道都于結構、介質以及工況等方面有很大的不同，因此，管道振動并不具備統一規范的評價標準，評價的數值往往會在不同的管道中有不同的表現。

2 ?管道振動測量

通過傳感器來對管道振動的信號進行拾取。能夠用以對管道振動測量的傳感器類型包括了：位移傳感器、速度傳感器以及加速度傳感器等。具體來看，在實際應用當中，加速度傳感器由于動態線性有著范圍寬、質量小、抗干擾能力強以及耐用可靠等的優點，所以在管道振動的測量當中的應用范圍非常廣泛。

管道振動原始信號在經過信號放大、抗混濾波、模數轉換等的信號處理之后，將被送入到振動數據采集系統，在經過濾波、積分、快速傅里葉變換處理以后，就能夠獲取到管道振動速度峰值和振動頻譜。

3 ?管道振動評價

管道振動測量結果評價依據ASME OM-S/G-2000第3篇《核電廠管系預運行和初始起動時的振動試驗要求》規范中的標準速度。許用速度峰值的表達式如下可見：

[Vallow=C1C4C3C5×13.4×0.8×SAαC2K2]

[C3=1.0+WFW+WINFW]

式中：

C1——補償管道特征跨度上集中質量（如閥門等）影響的修正系數;

C2、K2——ASME鍋爐及壓力容器規范規定的二次應力、局部指數，在大多數的關系當中：C2K2是不超過4的。

C3——考慮管內介質與保溫層質量的修正系數;

W——單位長度當中的管道重量，kg/m;

WF——單位長度內管內介質的重量;

kg/m——保溫層重量;

MINS——在無保溫且孔的管道或是蒸汽管道當中C3等于1;

C4——考慮管道不同支撐形式的修正系數，針對直跨兩端的固定，C4通常取0.74;針對于等弧U形彎頭，C4一般情況下去取0.83;

C5——考慮偏離共振的強迫振動修正系數，它等于管跨一階自然頻率與主頻率之比;

SA——ASME過濾與壓力容器規范規定的交變應力，MPa;

α——許用應力折減系數。

把實際測試所得到的管道振動速度VP和計算獲取到的Vallow實施對比分析，倘若前者不超過后者，那么就說明管道振動合格，相反，倘若前者超過了后者，就說名管道的振動不合格。

4 ?管道振動故障診斷

在發現管道的振動超過了相關標準之后，根據管道振動的頻譜，在振源分析、運行工況分析以及支撐分析的角度上來針對于管道的故障實施診斷，并結合具體情況，采取有效的管道振動處理方案，待處理方案在現場完成是實施之后，再次進行振動測量驗證方案是否發揮了作用。

在此分析了我國某發電機組輔助汽動給水泵（下文簡稱為汽動泵）入口管道，此管道的具體不知和振動測點具體可見圖1。在小流量的工況之下，測點1水平方向（1H）振動幅值為119.5mm/s，相較于管道振動的限制85mm/s而言，其振動是不合格的。

4.1 ?振源分析

導致管道產生振動的力就是激振力。通過對此泵具體狀況的深入分析，經過綜合性的探析發現，此泵在實際應用中的激振力的來源包括了：①汽動泵本體的振動傳遞到入口管道;②入口管道道中流體流場不夠問題，導致激振力出現;③和入口管道相連的其他旋轉機械正常運行造成激振力傳遞到入口管道。

在小流量的工況之下，汽動泵的轉速是8400轉/分鐘左右，其產生的激振頻率主要為8400/60=140Hz;和汽動泵入口管道相連接的旋轉機械設備是輔助電動給水泵，電動給水泵的額定轉速是2980轉/分，它所造成的激振頻率是2980/60=49.7Hz。

在對振動超標情況下振動頻譜進行觀察后能夠得知，頻譜主要的頻率成分是21.36Hz，沒有看到較為明顯的49.6Hz以及140Hz頻率和倍頻峰值，因此能夠發現，汽動泵入口管道的振動并不是汽動泵本體與進口管道相連的其他旋轉機的運行而導致的。此外，考慮到汽動泵運行工況是小流量的情況，在小流量的工況當中，流場通常缺乏穩定性，所以，汽動泵入口管道振動的激振力更多的因為入口管道中流體流場的不穩定而產生的。

不穩定流場可以產生寬頻能量帶。倘若管道的固有頻率落在能量帶之內，同時和能量帶內幅值較高的頻率成分相同，在此情況下，就將導致共振。汽動泵入口管道振動超出相關標準后，對沒有沖水的管道實施敲擊測試，發現管道固有頻率為20JHz，和振動超標頻率內的振動主頻大致相同，所以能夠得知，汽動泵入口管道振動超標就是共振而導致的。

4.2 ?振動處理措施與效果

在不對管道內流體狀態進行改變的同時，要想將共振故障解決，就需要將管道的固有頻率提高，使得管道的頻率避不開穩定流場造成的能量帶幅值較高的頻率成分。管道固有頻率的調整，一般情況是利用對管道剛度與質量的調整來完成的。結合系統運行工藝的要求及現場安裝的具體情況，最合適且最可靠的方式就是將管道固有頻率和管道支撐形式與位置進行改變。

5 ?結束語

總而言之，要想提高管道振動測量及評價的準確性與可靠性，除了需要科學的測量方法以及規范的評價標準以外，還應當充分考慮到電廠的具體運行狀況，把握各方面因素，從而真正實現有效的監測與評價，真正做到對管道振動的治理。

參考文獻：

[1] 趙岳，何超，徐偉祖，韋超，鮑宇.核電廠調試期間核級管道振動測量工作改進[J].核動力工程，2015（5）：111～113.