核电厂工艺系统管道振动测量与评价方法

林黎明 杨中敏

摘    要：倘若核电厂的管道处在高振动水平的恶劣状况下运行，那么它的焊缝等危险截面就将会产生非常大的安全隐患，与此同时，在管道振动的情况下，小支管、安装的阀门等多个部位都将遭受不利影响。在核电厂之内，工艺系统管道的完整性是最为重要的，它是核电厂得以顺利运行的关键所在。怎样才能够针对于核电厂工艺系统管道的振动实施有效的测量与评价，是现现阶段相关技术人员必须要高度重视的问题。为此，本文结合实践经验，对核电厂工艺系统管道振动的测量与评价方法展开了探讨，希望能够为相关人员的工作提供参考与借鉴。

关键词：核电厂;管道振动;测量;评价方法

1  引言

在核电厂当中，工艺管道系统的完整与否，将会对整个核电厂的生产运行造成直接影响，因此，怎样才可以实施科学、有效的管道振动测量与评价工作，是当前相关技术人员所重点关注的问题。相较于旋转机械而言，管道振动的测量与评价方法是完全不同的，除了表现在测点选取、数据处理等方面的差异外，因为每一条管道都于结构、介质以及工况等方面有很大的不同，因此，管道振动并不具备统一规范的评价标准，评价的数值往往会在不同的管道中有不同的表现。

2  管道振动测量

通过传感器来对管道振动的信号进行拾取。能够用以对管道振动测量的传感器类型包括了：位移传感器、速度传感器以及加速度传感器等。具体来看，在实际应用当中，加速度传感器由于动态线性有着范围宽、质量小、抗干扰能力强以及耐用可靠等的优点，所以在管道振动的测量当中的应用范围非常广泛。

管道振动原始信号在经过信号放大、抗混滤波、模数转换等的信号处理之后，将被送入到振动数据采集系统，在经过滤波、积分、快速傅里叶变换处理以后，就能够获取到管道振动速度峰值和振动频谱。

3  管道振动评价

管道振动测量结果评价依据ASME OM-S/G-2000第3篇《核电厂管系预运行和初始起动时的振动试验要求》规范中的标准速度。许用速度峰值的表达式如下可见：

[Vallow=C1C4C3C5×13.4×0.8×SAαC2K2]

[C3=1.0+WFW+WINFW]

式中：

C1——补偿管道特征跨度上集中质量（如阀门等）影响的修正系数;

C2、K2——ASME锅炉及压力容器规范规定的二次应力、局部指数，在大多数的关系当中：C2K2是不超过4的。

C3——考虑管内介质与保温层质量的修正系数;

W——单位长度当中的管道重量，kg/m;

WF——单位长度内管内介质的重量;

kg/m——保温层重量;

MINS——在无保温且孔的管道或是蒸汽管道当中C3等于1;

C4——考虑管道不同支撑形式的修正系数，针对直跨两端的固定，C4通常取0.74;针对于等弧U形弯头，C4一般情况下去取0.83;

C5——考虑偏离共振的强迫振动修正系数，它等于管跨一阶自然频率与主频率之比;

SA——ASME过滤与压力容器规范规定的交变应力，MPa;

α——许用应力折减系数。

把实际测试所得到的管道振动速度VP和计算获取到的Vallow实施对比分析，倘若前者不超过后者，那么就说明管道振动合格，相反，倘若前者超过了后者，就说名管道的振动不合格。

4  管道振动故障诊断

在发现管道的振动超过了相关标准之后，根据管道振动的频谱，在振源分析、运行工况分析以及支撑分析的角度上来针对于管道的故障实施诊断，并结合具体情况，采取有效的管道振动处理方案，待处理方案在现场完成是实施之后，再次进行振动测量验证方案是否发挥了作用。

在此分析了我国某发电机组辅助汽动给水泵（下文简称为汽动泵）入口管道，此管道的具体不知和振动测点具体可见图1。在小流量的工况之下，测点1水平方向（1H）振动幅值为119.5mm/s，相较于管道振动的限制85mm/s而言，其振动是不合格的。

4.1  振源分析

导致管道产生振动的力就是激振力。通过对此泵具体状况的深入分析，经过综合性的探析发现，此泵在实际应用中的激振力的来源包括了：①汽动泵本体的振动传递到入口管道;②入口管道道中流体流场不够问题，导致激振力出现;③和入口管道相连的其他旋转机械正常运行造成激振力传递到入口管道。

在小流量的工况之下，汽动泵的转速是8400转/分钟左右，其产生的激振频率主要为8400/60=140Hz;和汽动泵入口管道相连接的旋转机械设备是辅助电动给水泵，电动给水泵的额定转速是2980转/分，它所造成的激振频率是2980/60=49.7Hz。

在对振动超标情况下振动频谱进行观察后能够得知，频谱主要的频率成分是21.36Hz，没有看到较为明显的49.6Hz以及140Hz频率和倍频峰值，因此能够发现，汽动泵入口管道的振动并不是汽动泵本体与进口管道相连的其他旋转机的运行而导致的。此外，考虑到汽动泵运行工况是小流量的情况，在小流量的工况当中，流场通常缺乏稳定性，所以，汽动泵入口管道振动的激振力更多的因为入口管道中流体流场的不稳定而产生的。

不稳定流场可以产生宽频能量带。倘若管道的固有频率落在能量带之内，同时和能量带内幅值较高的频率成分相同，在此情况下，就将导致共振。汽动泵入口管道振动超出相关标准后，对没有冲水的管道實施敲击测试，发现管道固有频率为20JHz，和振动超标频率内的振动主频大致相同，所以能够得知，汽动泵入口管道振动超标就是共振而导致的。

4.2  振动处理措施与效果

在不对管道内流体状态进行改变的同时，要想将共振故障解决，就需要将管道的固有频率提高，使得管道的频率避不开稳定流场造成的能量带幅值较高的频率成分。管道固有频率的调整，一般情况是利用对管道刚度与质量的调整来完成的。结合系统运行工艺的要求及现场安装的具体情况，最合适且最可靠的方式就是将管道固有频率和管道支撑形式与位置进行改变。

5  结束语

总而言之，要想提高管道振动测量及评价的准确性与可靠性，除了需要科学的测量方法以及规范的评价标准以外，还应当充分考虑到电厂的具体运行状况，把握各方面因素，从而真正实现有效的监测与评价，真正做到对管道振动的治理。

参考文献：

[1] 赵岳，何超，徐伟祖，韦超，鲍宇.核电厂调试期间核级管道振动测量工作改进[J].核动力工程，2015（5）：111～113.