表1 振动治理前再热蒸汽热段管道振动测量结果

  

测点方向主振频率/Hz主振频率下的速度有效值/(mm·s-1)全频域最大峰值振动速度/(mm·s-1)峰值位移/mm104X6.501.9111.490.30 Y2.009.9421.150.77105X2.001.327.640.26 Y2.003.5626.131.15204X4.005.3211.150.42 Y2.507.1413.490.60

0 引言

振动会产生疲劳损坏，缩短管道的使用寿命，并容易导致管道焊接接头破坏失效，引发灾难性事故[1]。据估计，美国因管道振动而造成的损失每年达100亿美元以上，我国这类事故也经常发生[2]，其中高温高压蒸汽管道振动一直是业内关注的焦点问题。

管道振动的分析，就是研究管道系统自身振动特性、管系响应及外界激扰力3方面的关系。在振动条件和振系特性已知的条件下求解振系的响应，这一过程称之为振动分析。电站管道振动是一个非常复杂的问题，涉及多方面因素。引起振动的力称为激振力，根据激振力的来源，可以将管道振动归纳为机械振动、流体振动、阀门自激振动、地震等几种类型，其中以流体不稳定流动引起的振动最为常见，引起流体不稳定流动的原因主要有水锤、两相流、涡流等。

1.2.1 测定下限。测定下限为系统能检测到的分析物的最小含量或最低浓度。选用北京康彻思坦生物技术有限公司的分析灵敏度盘进行检测，若阳性进行稀释（如稀释到原浓度的2、4、8、16倍…）后进行检测。首次出现阴性的前一个稀释倍数为该实验的测定下限。

1 问题描述

对某电厂超高压燃煤发电机组再热蒸汽热段管道振动情况进行勘察，发现炉侧管段存在明显水平振动现象。该管道管径为406.4 mm，壁厚14.2 mm，设计温度为545 ℃，设计压力为3.06 MPa，介质为蒸汽，管道材料为10CrMo910，管道支吊架及测点布置如图1所示。

节奏管理，是管理工作中的一种艺术，其含义属于抽象概念，其实质是按时间节点有序地对项目的实施进行管理。不仅是工程施工中需要节奏的管理，各个行业均适合应用节奏化的管理。

  

图1 振动治理前管道支吊架及测点布置示意

通常管道质量矩阵M很难改变。改变系统的阻尼矩阵C，可以加装阻尼器，耗散冲击振动的能量，达到消减振动的目的。改变系统的刚度矩阵K，一般通过在管道适当位置设置限位装置或拉撑杆，改变管道固有频率，避免共振。

  

图2 振动治理前104测点X，Y向振动频谱图

  

图3 振动治理前105测点X，Y向振动频谱图

  

图4 振动治理前204测点X，Y向振动频谱图

待机组运行稳定、管道热膨胀充分后，调整带间隙限位和拉撑杆，并利用应变片和外接测力器，控制限位和拉撑杆承载力。根据CAESARⅡ软件模拟计算结果，此次治理中限位和拉撑杆安装载荷控制在2 500～3 000 N。

2 问题分析

管道原设计没有水平方向的约束装置，管系刚度较低，在流体的激振力作用下易引起管道振动。管内蒸汽经过弯头、阀门等元件时，作用在管壁上的激振力呈周期性脉动状态，与管道自有频率产生共振。针对管道振动原因，治理可考虑以下3个方面。

近年来，湖北农资集团始终坚持为农服务初心，持续聚焦农资、再生资源和茶业三大主业，积极投身乡村振兴战略实践，着力在发展提质、经营提效、改革提速上下功夫，保持了良好发展势头。此次再度入选百强榜单，体现了企业发展活力和整体实力的进一步夯实。

(2)改善管系振动特性，使之远离激振频率，从而避免共振的发生。在无法消除管道振动激扰力的情况下，改善管系的振动固有特性是易于实施且有效的。管系节点微幅振动，运动微分方程的一般形式由拉格朗日方程导出[4]，写成矩阵形式为

 

表2 振动治理后再热蒸汽热段管道振动测量结果

  

测点方向主振频率/Hz主振频率下的速度有效值/(mm·s-1)全频域最大峰值振动速度/(mm·s-1)峰值位移/mm104X8.000.642.310.02Y7.001.225.370.07105X8.000.321.970.02Y6.000.865.570.06204X0.500.612.970.05 Y5.501.146.440.12

 

(1)

式中：M为质量矩阵；C为阻尼矩阵；K为刚度矩阵；F为激振力。

根据机组运行情况，目测吊点104～105管段、吊点204～205管段振动幅度较大，考虑现场测量环境，选取3个测量点对振动情况进行现场测量。测量仪器为德国VIBXPERT Ⅱ振动分析仪，型号VIB 5.310，测量结果见表1，测点位置即支吊点管部管夹露出保温所在位置，即104，105和204测点。由表1可见，再热蒸汽热段管道的振动速度较大，全频域最大峰值振动速度为26.13 mm/s。DL/T 292—2011《火力发电厂汽水管道振动控制导则》对管道振动的评估为：全频域最大峰值振动速度管道振动评估为优秀；时，管道振动评估为合格；时，管道振动评估为不合格。

(3)振动治理时需尽可能维持管道的一次应力、二次应力水平。根据力学中力的独立性原理，将管道应力分为两种：由管道内压、自重和其他持续外载产生的轴向应力之和，称为一次应力；由热胀、冷缩和其他位移受约束而产生的热胀应力之和，称为二次应力[5]。一次应力、二次应力满足以下算式

σL= pDi2/(Do2- Di2)+

0.75iMA/W≤1.0[σ]t ，

(2)

σE= iMC/W≤f[1.25[σ]20+0.20[σ]t+

式中：σL为管道在工作状态下，由内压、自重和其他持续外载产生的轴向应力之和，MPa；p为设计压力，MPa；Do为管道外径，mm；Di为管道内径，mm；i为应力增加系数；MA为自重和其他持续外载作用在管道横截面上的合成力矩，N·mm；W为管道抗弯截面系数，mm3；[σ]t为钢材在设计温度下的许用应力，MPa；[σ]20为管道钢材在20 ℃时的许用应力，MPa；MC为按全补偿值和钢材在20 ℃时的弹性模量计算的热胀引起的合成力矩范围，N·mm；σE 为热胀应力范围，MPa；f为应力范围的减小系数。

([σ]t-σL)] ，

(3)

为得知包含刚体原始位置信息的标准投影序列，只需要得知r0和θ0两个参数。因此可以简单采用Hough变换提取这两个参数[12]。根据式(5)，有

加装的减振装置必须考虑管道热膨胀，利用CAESARⅡ等软件进行有限元模拟计算，验证方案的有效性，并将结果反馈进行方案修改，避免管道一次应力、二次应力超过许用范围，影响安全运行。

3 治理方案

减振装置安装需要考虑厂房结构、生根特点等因素，此次安装的管道减振装置包括弹簧减振器、可调带间隙限位和拉撑杆，安装位置和方向如图5所示。根据管道设计热位移，带间隙限位和拉撑杆应预留足够间隙，确保不阻碍管道正常热位移。

基础设施建设不完善，而且工程建设之后的维护与修整通常做不到位，即便是开展了新的农田水利工程项目建设，也只是局限在少数环节，不能从整体角度对本地区水资源利用效率做出全面考量。再加上工程建设后期，由于缺少有效的养护管理，在较大程度上进一步限制了节水灌溉技术的推广应用。

根据该再热蒸汽热段管道的振动特性，在确保管系应力合格的前提下，在管道上加设减振装置，改变管系的固有特性，以达到控制管道振动的目的。

(1)消除激扰力，也就是消除振源，这是管道减振的首要任务。如在管段中设置集箱、空腔缓冲器、滤波缓冲器等，布置时尽量少用弯头、变径管等。在役机组改造时，管道本体改造难度较大、成本较高。

  

图5 振动治理后管道减振装置布置示意

图2～图4分别为104，105，204测点X，Y向振动频谱图。常见的汽水管道振动有共振型、受迫型及混合型，其中共振型振动频谱图较为简洁，主振动的频谱线突出，其他频率成分的谱线很弱[3]。测点频谱图表现该管道振动为低频冲击共振。

4 效果评价

振动治理后，管道振动测量结果见表2，图6、图7和图8为测点频谱图。通过减振装置改变了管系固有频率，有效避免了共振，减小了管道振动。

再热蒸汽热段管道振动治理后，振动的峰值位移为0.12 mm，全频域最大峰值振动速度为6.44 mm/s，小于DL/T 292—2011《 火力发电厂汽水管道振动控制导则》规定的12.4 mm/s，管道振动评估为优秀。

  

图6 振动治理后104测点X，Y向振动频谱图

  

图7 振动治理后105测点X，Y向振动频谱图

  

图8 振动治理后204测点X，Y向振动频谱图

度比治理前下降了79.89%，Y方向下降了74.61%；105测点X方向的最大峰值振动速度比治理前下降了72.21%，Y方向下降了78.68%；204测点X方向的最大峰值振动速度比治理前下降了73.36%，Y方向下降了52.26%。管道振动速度、幅度总体明显下降，振动治理效果显著。

此外，对方案实施前后的管道进行模拟分析和应力计算，结果显示管系应力水平与原设计基本一致，一次应力和二次应力分布较为均匀，应力大小均在合理范围之内。

攻坚三类重点对象。重点片区、重点经济薄弱村和重点低收入群体，是我省脱贫难度大的三类对象，更大力度集聚资源、集中力量攻坚的“三个重点”。对重点片区，明确按照整体帮扶规划，抓好排定重点项目和关键工程建设，改善交通出行、农田水利等基础设施，补齐发展短板。对123个省定重点经济薄弱村和“病残孤老灾”等重点低收入群体，要严格落实《关于加强农村重点低收入群体和重点经济薄弱村脱贫攻坚工作的意见》，强化有针对性的帮扶政策措施和工作举措。对相关政策支持和工作安排，尽量体现向“三个重点”倾斜。

5 结论

(1)高温高压蒸汽管道振动具有复杂性和不确定性，振动治理应分析管道振动特性，寻找主要原因，采取有效、经济的治理方案。

(2)管道激振力无法消除时，通过改变管道阻尼系数或刚度，可以有效耗散冲击振动能量或使管道远离激振频率，从而避免共振的发生。

敏感性系数表征变量的不确定性可能对因变量造成的影响的敏感程度（Mccuuen et al.，1974），可以用来衡量气象要素对ET0变化的重要程度。通常将偏导数转换成无量纲的形式：

(3)针对高温高压管道，加装减振装置必须考虑管道热位移，必须经应力校核计算，维持管道的一次应力、二次应力水平，保证管道安全运行。

参考文献：

[1]潘军光，刘宾，马志强，等.机组主蒸汽管道振动分析与治理[J].理化检验:物理分册,2011,47(4):232-235.

[2]吴江涛.电厂给水管道振动原因分析及处理[J].机械,2008,35(S1):108-110.

[3]康豫军，安付立，卫大为，等.电站管道振动分析与治理[J].热力发电,2011, 40(6):93-96.

[4]邢景伟，赵星海，辛国华.电厂汽水管道振动原因分析及解决对策[J].能源研究与信息,2012,28(1):18-23.

[5]火力发电厂汽水管道应力计算技术规定：DL/T 5366—2014 [S].