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摘要：本文介绍了电站管道振动的机理，通过实例说明了治理管道振动和晃动过大处理思路和方法，为相关工作者提供了借鉴。
关键词：凝结水回水 管道 振动 支吊架 机理 治理
Abstract：The paper introuduces the mechanism for pipe vibration in power plant ，explains Ideas and methods of dealing with it by a example，it applies a basis for the workers.
Key words：Condensate； pipe ；Vibration ；support； Mechanism ； Deal with
一、问题的提出
某电厂600MW汽轮机为东方汽轮机厂生产的亚临界、一次中间再热、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机；为降低凝结水中的含氧量，在2012年利用机组定期检修的机会进行了凝结水除氧改造，其原理为利用喷嘴将凝结水雾化，并吸收汽化潜热，进行真空除氧。
改造后，空冷凝结水回水管道1-4排凝结水回水管道在运行时开始出现剧烈的振动现象， 2013年1月5日，设备部汽机人员发现空冷1-4排凝结水回水管道水平支撑第#31支架槽钢双侧断裂，#27、#28、#29支架根部膨胀螺栓已经松开，其中#29支架已经和管道彻底脱开，管道存在坍塌的危险，给机组的运行及人员的安全都带来严重威胁。空冷凝结水系统管道从零米至空冷岛整个管系均存在明显振动，尤其是#27、#28、#29、#31支架附近振动更大。
二、管道振动机理及危害
在过去，人们对管道的重视程度有限， 长期存在着重设备轻管道的思想 ，认为只要设备好就行，管道安装无所谓，而现在从实践中人们越来越意识到管道安装质量对保证设备稳定运行的重要性，对管道振动的研究也越来越深入。
电站动力管道振动问题是一个非常复杂的问题，管道 、 支架及各 种设 备或装 置组 成了一个复杂的机 械结 构 系 统，这个系统的振动涉及多方面的因素，例如：水力、机械、系统结构等，引起振动的力称之为激振力，当系统自振频率为激振力的振动频率的倍数时，就会产生共振，系统的振动就会明显增大，即使不发生共振，当激振力足够大时，也能引起管道的强烈振动，这就是常说的受迫振动。根据激振力的来源，可以将其归纳为机械振动、流体振动、阀门自激振动等几种类型，其中以流体不稳定流动引起的振动为主，具体引起原因可有以下几种：两相流介质不稳定流动引起管道振动，水锤引起管道冲击振动，介质涡流引起管道振动等。振动对管道的危害很大，主要有：
1） 加速材料的疲劳损坏，缩短材料的使用寿命；
2） 容易引发管道焊接接头的破坏失效，引发灾难性事故；
3） 损坏管道阀门，阀头振动速度高于管道振动速度，容易振松阀门元件导致控制失灵或泄漏，导致停机事故；
4） 导致法兰破坏泄漏，管道泄漏爆管停机；
三、现场勘查及管道振动治理方案的确定
1、通过现场考察和分析，管道振动的原因主要有以下两点：
（1） #26、#27、#28、#29支架为双支撑形式，水泥立柱上对应每个管道支架有两块预埋铁，经现场检查发现，由于预埋铁和支架支撑距离较远，每个支架均有一个支撑没有焊接在水泥柱的预埋铁上，而是靠膨胀螺栓与柱子相连。管道振动导致膨胀螺栓松动，而膨胀螺栓松动后对管道限制力量小，又加剧了管道的振动，形成恶性循环，最终导致支撑脱落。
（2） 进行除氧改造后，由于增加了喷水喷嘴，管道内部流体流动速度的大小及方向均发生了改变，管道内流体流动状态偏离设计值较多，汽水两相流动加剧，引起振动加剧。
2、振动治理方案
电站管道在设计时除了要满足强度条件以外，还应该满足一定的刚度条件。管系的固有频率与系统的刚度有关，刚度越大，固有频率越高，可以通过提高管系低阶固有频率，避开激振力频率中的低频成分，从而降低管道振动。从前期现场测量的数据看，本案中管道振动的主要原因为管道支架强度不够，造成管道系统刚度太差，从而在管内流体激振力的作用下导致振动加剧。因此根据相关资料的分析，确定本方案中治理振动的基本思路如下：在确保管道热膨胀正常、管系应力合格的前提下，恢复管道支吊架的承载，在管道适当的位置加设减振装置，增加管系的刚度，减小管道振动的幅度，控制管道的振动，并利用水泥立柱上的预埋铁和增加斜支撑进行加固，以增加支架的强度和刚度。针对存在振动的管道采取如下几个方面的处理措施：
（1） 对脱空或者脱空的限位支架进行恢复；
（2） 增加减振限位装置；
（3） 增加支吊架；
（4） 对存在脱载断裂或者存在缺陷的支吊架进行了调整或者重新安装；
减振具体措施具体如下：1、对26、27、28、29号支吊架进行整改，在水泥立柱上重新打膨胀螺栓，规格为M24*200，固定厚度为18mm的钢板，然后将脱开的半侧支架焊接在钢板上，同时，在原来未使用的预埋铁上焊接三角支撑并连接到管道支架上对支架进行再次加固；对立管上的导向支架和固定支架与预埋铁的连接处通过加强焊和增加牛腿进行加固。2、对30号导向框架，在管道外圆与框架相对应位置焊接18mm厚筋板，即消除管道與框架之间的间隙，提高限位效果，又能防止管道碰磨，然后在框架上用18号槽钢焊接三角支撑进行加固；对31号和32号支架断裂的槽钢进行重新焊接，并在支架侧面加固20号槽钢。
四、减振效果
对#26-#32支架进行整改后，在机组300MW负荷时，经过多次反复观察，结果表明，管道系统振动大幅减小，无明显的晃动，管道膨胀无受阻现象，振动治理达到了预期效果。
五、结束语：
管道振动超标在电厂中是经常遇到的问题，也是一个非常复杂的问题，在解决此类问题时，首先要分析问题的原因所在，并且充分考虑设计因素，比如管道的膨胀和死点等，然后根据可行性的调研制定切实可行的减振措施，只有这样才能顺利解决问题。
参考文献：
[1]工程振动试验分析，清华大学出版社，2004.9
[2]电站管道振动分析与治理 《热力发电》2011年第六期 康豫军 安付立等
[3]振动力学，西安交通大学出版社，1986.12
[6]电厂中汽水管道的振动原因及对策，1007-9904（2006）01-0056-02，张广成等
[7]压力管道安全技术，东南大学出版社，2000，4
作者简介：
韩学文，工程师，长期从事电站设备的检修和其他相关工作。
关键词：凝结水回水 管道 振动 支吊架 机理 治理
Abstract：The paper introuduces the mechanism for pipe vibration in power plant ，explains Ideas and methods of dealing with it by a example，it applies a basis for the workers.
Key words：Condensate； pipe ；Vibration ；support； Mechanism ； Deal with
一、问题的提出
某电厂600MW汽轮机为东方汽轮机厂生产的亚临界、一次中间再热、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机；为降低凝结水中的含氧量，在2012年利用机组定期检修的机会进行了凝结水除氧改造，其原理为利用喷嘴将凝结水雾化，并吸收汽化潜热，进行真空除氧。
改造后，空冷凝结水回水管道1-4排凝结水回水管道在运行时开始出现剧烈的振动现象， 2013年1月5日，设备部汽机人员发现空冷1-4排凝结水回水管道水平支撑第#31支架槽钢双侧断裂，#27、#28、#29支架根部膨胀螺栓已经松开，其中#29支架已经和管道彻底脱开，管道存在坍塌的危险，给机组的运行及人员的安全都带来严重威胁。空冷凝结水系统管道从零米至空冷岛整个管系均存在明显振动，尤其是#27、#28、#29、#31支架附近振动更大。
二、管道振动机理及危害
在过去，人们对管道的重视程度有限， 长期存在着重设备轻管道的思想 ，认为只要设备好就行，管道安装无所谓，而现在从实践中人们越来越意识到管道安装质量对保证设备稳定运行的重要性，对管道振动的研究也越来越深入。
电站动力管道振动问题是一个非常复杂的问题，管道 、 支架及各 种设 备或装 置组 成了一个复杂的机 械结 构 系 统，这个系统的振动涉及多方面的因素，例如：水力、机械、系统结构等，引起振动的力称之为激振力，当系统自振频率为激振力的振动频率的倍数时，就会产生共振，系统的振动就会明显增大，即使不发生共振，当激振力足够大时，也能引起管道的强烈振动，这就是常说的受迫振动。根据激振力的来源，可以将其归纳为机械振动、流体振动、阀门自激振动等几种类型，其中以流体不稳定流动引起的振动为主，具体引起原因可有以下几种：两相流介质不稳定流动引起管道振动，水锤引起管道冲击振动，介质涡流引起管道振动等。振动对管道的危害很大，主要有：
1） 加速材料的疲劳损坏，缩短材料的使用寿命；
2） 容易引发管道焊接接头的破坏失效，引发灾难性事故；
3） 损坏管道阀门，阀头振动速度高于管道振动速度，容易振松阀门元件导致控制失灵或泄漏，导致停机事故；
4） 导致法兰破坏泄漏，管道泄漏爆管停机；
三、现场勘查及管道振动治理方案的确定
1、通过现场考察和分析，管道振动的原因主要有以下两点：
（1） #26、#27、#28、#29支架为双支撑形式，水泥立柱上对应每个管道支架有两块预埋铁，经现场检查发现，由于预埋铁和支架支撑距离较远，每个支架均有一个支撑没有焊接在水泥柱的预埋铁上，而是靠膨胀螺栓与柱子相连。管道振动导致膨胀螺栓松动，而膨胀螺栓松动后对管道限制力量小，又加剧了管道的振动，形成恶性循环，最终导致支撑脱落。
（2） 进行除氧改造后，由于增加了喷水喷嘴，管道内部流体流动速度的大小及方向均发生了改变，管道内流体流动状态偏离设计值较多，汽水两相流动加剧，引起振动加剧。
2、振动治理方案
电站管道在设计时除了要满足强度条件以外，还应该满足一定的刚度条件。管系的固有频率与系统的刚度有关，刚度越大，固有频率越高，可以通过提高管系低阶固有频率，避开激振力频率中的低频成分，从而降低管道振动。从前期现场测量的数据看，本案中管道振动的主要原因为管道支架强度不够，造成管道系统刚度太差，从而在管内流体激振力的作用下导致振动加剧。因此根据相关资料的分析，确定本方案中治理振动的基本思路如下：在确保管道热膨胀正常、管系应力合格的前提下，恢复管道支吊架的承载，在管道适当的位置加设减振装置，增加管系的刚度，减小管道振动的幅度，控制管道的振动，并利用水泥立柱上的预埋铁和增加斜支撑进行加固，以增加支架的强度和刚度。针对存在振动的管道采取如下几个方面的处理措施：
（1） 对脱空或者脱空的限位支架进行恢复；
（2） 增加减振限位装置；
（3） 增加支吊架；
（4） 对存在脱载断裂或者存在缺陷的支吊架进行了调整或者重新安装；
减振具体措施具体如下：1、对26、27、28、29号支吊架进行整改，在水泥立柱上重新打膨胀螺栓，规格为M24*200，固定厚度为18mm的钢板，然后将脱开的半侧支架焊接在钢板上，同时，在原来未使用的预埋铁上焊接三角支撑并连接到管道支架上对支架进行再次加固；对立管上的导向支架和固定支架与预埋铁的连接处通过加强焊和增加牛腿进行加固。2、对30号导向框架，在管道外圆与框架相对应位置焊接18mm厚筋板，即消除管道與框架之间的间隙，提高限位效果，又能防止管道碰磨，然后在框架上用18号槽钢焊接三角支撑进行加固；对31号和32号支架断裂的槽钢进行重新焊接，并在支架侧面加固20号槽钢。
四、减振效果
对#26-#32支架进行整改后，在机组300MW负荷时，经过多次反复观察，结果表明，管道系统振动大幅减小，无明显的晃动，管道膨胀无受阻现象，振动治理达到了预期效果。
五、结束语：
管道振动超标在电厂中是经常遇到的问题，也是一个非常复杂的问题，在解决此类问题时，首先要分析问题的原因所在，并且充分考虑设计因素，比如管道的膨胀和死点等，然后根据可行性的调研制定切实可行的减振措施，只有这样才能顺利解决问题。
参考文献：
[1]工程振动试验分析，清华大学出版社，2004.9
[2]电站管道振动分析与治理 《热力发电》2011年第六期 康豫军 安付立等
[3]振动力学，西安交通大学出版社，1986.12
[6]电厂中汽水管道的振动原因及对策，1007-9904（2006）01-0056-02，张广成等
[7]压力管道安全技术，东南大学出版社，2000，4
作者简介：
韩学文，工程师，长期从事电站设备的检修和其他相关工作。