淺談鍋爐汽水系統(tǒng)管道振動存在問題與解決對策

摘要：火力發(fā)電廠中的鍋爐汽水管道分布范圍十分廣泛，為了提高鍋爐運行安全，需要對管道振動問題進(jìn)行研究?；痣姀S鍋爐受到管道振動影響，會發(fā)生泄漏及爆炸等事故，這不僅會嚴(yán)重阻礙火電廠的正常運行，更會導(dǎo)致企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益受損，因此采取積極有效的措施避免管道振動問題的發(fā)生刻不容緩，只有這樣才能從根本上提高管道本身的抗振性能。

關(guān)鍵詞：鍋爐汽水系統(tǒng)；管道振動；鍋爐運行；管道泄漏；管道爆炸；火電廠 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TK223 文章編號：1009-2374（2017）08-0096-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.046

在火電廠的正常運行過程中，汽水系統(tǒng)的作用是不容小覷的，管道振動從本質(zhì)上來看，是一種較為普遍的現(xiàn)象，但是如果振動幅度過大，就會直接導(dǎo)致管道系統(tǒng)受損，更為嚴(yán)重的還會造成零部件的損壞，其功能也就無法發(fā)揮，相對的汽水管道中的管線在受到長時間振動影響后，也會出現(xiàn)反應(yīng)速度下降等的多樣化問題。頻繁發(fā)生振動現(xiàn)象、振動強(qiáng)度高等都會對管道中相對弱化的部分造成直接影響，這樣不僅會導(dǎo)致管道操作設(shè)備的使用性能受損，更會阻礙系統(tǒng)的正常運行。

1 鍋爐汽水系統(tǒng)管道振動存在的問題

1.1 激振力所產(chǎn)生的影響

激振力對管道的振動影響通常會由三個層面體現(xiàn)出來：

首先，管道內(nèi)部流脈動所產(chǎn)生的振動影響，這主要是因為管道內(nèi)部的運行是依靠泵及壓縮機(jī)等，通過將壓力轉(zhuǎn)變成動力，在實現(xiàn)動能轉(zhuǎn)化的這一過程中，增加壓力的形式是具有間隙性的，但是這種形式卻存在一定的弊端性，在加壓過程中，管內(nèi)產(chǎn)生的壓力值會受其影響出現(xiàn)振動現(xiàn)象，這也就是由壓力引起的脈動現(xiàn)象，通過這一作用，流管內(nèi)就會出現(xiàn)脈動現(xiàn)象，導(dǎo)致這種現(xiàn)象發(fā)生的直接原因就是流動物質(zhì)處于管道內(nèi)流動過時，在管道的拐彎處及相應(yīng)部件上停留，當(dāng)時間不斷推移，激振力就會逐漸增強(qiáng)，鍋爐汽水系統(tǒng)就會出現(xiàn)管道振動現(xiàn)象。

其次，由液擊作用引起的振動。鍋爐汽水系統(tǒng)中的液體在實際運行過程中，需要發(fā)揮其控制作用，始終保持啟動閥門等動作，在這一過程中管道中存在的流動液體就會處于隨時變化之中，不僅速度會有所轉(zhuǎn)變，容量上更是有所增加，這就使得管道內(nèi)的壓強(qiáng)值隨之不斷產(chǎn)生增加或減少狀態(tài)，而液體在流動過程中也會與管道內(nèi)壁產(chǎn)生反應(yīng)，出現(xiàn)錘擊聲響，這也就出現(xiàn)了常說的液體擊打現(xiàn)象，同時根據(jù)其形成形式，也可以將其看作是水錘以及水擊方式。液體在管道內(nèi)運動時，能夠改變管道內(nèi)存在的壓力及壓強(qiáng)，一旦這種壓力超過標(biāo)準(zhǔn)范疇，管道就會出現(xiàn)爆裂問題，與此同時，壓力就會隨之下降，產(chǎn)生負(fù)壓值，這時管子就難以保持穩(wěn)定狀態(tài)。除此之外，液擊還會直接導(dǎo)致管道受其影響，出現(xiàn)頻率不一的振動問題，隨之而來的噪音也會直接導(dǎo)致管道系統(tǒng)難以維持穩(wěn)定狀態(tài)。

最后，管道內(nèi)流動液體在運動過程中需要依托于速度維持流動，從而達(dá)到振動狀態(tài)，這主要是因為液體與管道的交叉位置相互脫離，會使液體速度發(fā)生改變，導(dǎo)致振動現(xiàn)象的發(fā)生。

1.2 管道系統(tǒng)產(chǎn)生的影響

造成鍋爐汽水系統(tǒng)管道振動的原因并不是單一的，其組成形式多種多樣，究其根本可以發(fā)現(xiàn)，造成振動問題發(fā)生的關(guān)鍵點就是系統(tǒng)中存在設(shè)備受到動能影響而產(chǎn)生動力現(xiàn)象，或者是管道內(nèi)部的液體在運行過程中，內(nèi)部環(huán)境發(fā)生改變，導(dǎo)致液體與管道發(fā)生碰撞，壓強(qiáng)發(fā)生變化。鍋爐汽水系統(tǒng)在這一過程中核定數(shù)值會發(fā)生改變，這種變化不只體現(xiàn)在設(shè)計數(shù)值上，安裝環(huán)節(jié)及施工環(huán)節(jié)等都有可能導(dǎo)致數(shù)值的改變。

數(shù)值變化最為頻繁的時期就是系統(tǒng)安裝環(huán)節(jié)，這一過程中的眾多因素都能夠?qū)艿勒駝訌?qiáng)弱產(chǎn)生直接影響，一旦控制不當(dāng)，將會導(dǎo)致后續(xù)運行工作困難重重。管道系統(tǒng)實際上是一個可以接受上下浮動變化的貫通性系統(tǒng)，一旦管內(nèi)本身激振力發(fā)生變化，就會導(dǎo)致核定頻率發(fā)生改變，增加管道振動頻率及幅度。尤其是部分結(jié)構(gòu)比較單一的管道系統(tǒng)，在對核定頻率計算時，選擇方式比較多樣化，能夠滿足實際計算需求，在復(fù)雜的管道系統(tǒng)中，也會將其劃分為不同的部分進(jìn)行替代，因此，這就需要將質(zhì)量問題納入重點考量范疇中。

1.3 外力施壓造成的振動

外力作用同樣會對管道造成直接損傷，雖然部分損傷并不會影響管道的正常使用，屬于輕微的外力作用，但是有些反應(yīng)卻相當(dāng)嚴(yán)重，能夠?qū)艿涝斐善茐男該p傷。部分反應(yīng)力在發(fā)揮其能效時，不會受相關(guān)因素所影響，但是平衡其外力關(guān)系的因素卻有許多，外力會根據(jù)負(fù)荷變化做出反應(yīng)，負(fù)荷增加外力也將會有所增加，而負(fù)荷變小，外力也會隨之減少。當(dāng)超過核定標(biāo)準(zhǔn)時，管道內(nèi)裝置系統(tǒng)的運行將會依托于內(nèi)部壓力所調(diào)節(jié)，當(dāng)自重的影響超過本身最大限值時，高頻振動問題將會發(fā)生。

2 解決鍋爐汽水系統(tǒng)管道振動問題的優(yōu)化對策

2.1 通過實地觀察進(jìn)行初步判斷

管道振動問題的發(fā)生原因是多方面的，因此應(yīng)用何種措施將問題解決，需要從問題發(fā)生源頭入手，具體問題具體解決，這就需要實時觀察并分析系統(tǒng)內(nèi)各個儀器的安裝是否達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)、管道運行是否通暢、儀表顯示器是否發(fā)生不規(guī)律晃動，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，工作人員應(yīng)當(dāng)在第一時間將問題解決，并將儀表顯示器的晃動幅度控制在合理范圍內(nèi)，避免安全問題的發(fā)生。在實地觀察階段，工作人員應(yīng)當(dāng)運用專業(yè)能力，運用眼睛去觀察鍋爐汽水系統(tǒng)非常規(guī)運行現(xiàn)象，并在綜合多方因素的前提下進(jìn)行全面性檢查。在與核定數(shù)值做對比時，將偏差數(shù)額降到最低，確?？臻g規(guī)劃的合理性，使其更加符合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，提高管道運行的穩(wěn)定性。除此之外，保障系統(tǒng)是系統(tǒng)安全的首要前提，因此，這就需要根據(jù)實際情況，實時升級保障系統(tǒng)，只有這樣才能為管道的長遠(yuǎn)運行提供安全保障，降低管道振動頻率及強(qiáng)度。

2.2 進(jìn)行現(xiàn)場檢測做出原因分析

鍋爐汽水系統(tǒng)管道振動的工程師需要到現(xiàn)場去進(jìn)行實地檢測，并在此基礎(chǔ)上確定引發(fā)問題的根本原因，確保物品在傳輸環(huán)節(jié)不會出現(xiàn)破損現(xiàn)象，提高問題解決效率，避免問題的進(jìn)一步惡化，提高管道安全標(biāo)準(zhǔn)，為工作權(quán)益提供可靠性保障。管道性能的充分發(fā)揮離不開科學(xué)合理的優(yōu)化設(shè)計，只有這樣才能在設(shè)計與維護(hù)工作的推進(jìn)環(huán)節(jié)更加深入地開展研究及探討工作，提高管道運行效率。

2.3 加強(qiáng)避振措施

由于我國的管道避振工作起步較晚，從目前來看，并沒有形成完整的保護(hù)系統(tǒng)，因此，我們可以向外國借鑒成功經(jīng)驗，在條件允許的情況下，將留學(xué)生送出國門，開拓他們的眼界，引進(jìn)新型技術(shù)，在實際工作中總結(jié)出一套符合火電廠鍋爐汽水系統(tǒng)管道安全運行的系統(tǒng)化措施，從而在第一時間解決由于技術(shù)水平低而導(dǎo)致問題無法解決的迫切問題。在學(xué)習(xí)及研究過程中，應(yīng)當(dāng)保持不怕苦、不怕難的探究精神，揚長避短，在學(xué)習(xí)優(yōu)秀經(jīng)驗的同時提高技術(shù)品質(zhì)，從根本上提高我國的管道防振技術(shù)水平。

2.4 綜合測評

在系統(tǒng)不斷更新?lián)Q代的同時，要通過多次管道實驗，進(jìn)行數(shù)據(jù)合理性對比，使其更加具有代表性，并將其作為可參考數(shù)據(jù)，進(jìn)行更加深入的研究及推斷，這不僅能夠提高測評精準(zhǔn)度，更能在此基礎(chǔ)上，對科研數(shù)據(jù)及結(jié)果進(jìn)行綜合考量，使其與實際情況更加符合，提高管道運行效率，為后續(xù)工作的開展夯實基礎(chǔ)。管道的平穩(wěn)運行，不僅能夠提高管道安全系數(shù)，更能降低振動強(qiáng)度，當(dāng)測評結(jié)果與預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)更加契合時，管道應(yīng)用效率將會更加明顯，這就能夠有效改善管道晃動的相關(guān)問題，提高火電廠鍋爐檢修水平。

2.5 改變工質(zhì)參數(shù)

在電廠汽水系統(tǒng)運行過程中，由于多種因素共同作用，發(fā)生管道振動，通過改變工質(zhì)參數(shù)（如壓力、流速、溫度等），使管系振動減弱并控制在理想范圍內(nèi)。工質(zhì)參數(shù)對管道振動影響如下：

首先，管內(nèi)壓力對管道振動的影響。管內(nèi)壓力對系統(tǒng)固有頻率無明顯影響，但壓力的升高對振動有加強(qiáng)作用，當(dāng)管道因振動出現(xiàn)應(yīng)力破壞時，壓力的存在使管道的破壞進(jìn)一步加劇。

其次，溫度對管道振動的影響。管道系統(tǒng)的溫度大小取決于管內(nèi)工質(zhì)溫度，溫度的高低對管道振動沒有直接影響，但工質(zhì)的溫度越高，管道的熱態(tài)膨脹越嚴(yán)重，產(chǎn)生的熱應(yīng)力也越大，此時管道的振動對管系的安全性也越不利，因此對于溫度越高的管道更應(yīng)該控制管道的振動。

2.6 優(yōu)化剛度法

電廠汽水管道的設(shè)計是根據(jù)機(jī)組容量確定各個管道系統(tǒng)輸送介質(zhì)的壓力、流量，從而確定管道材料、管道直徑。管道布局、支吊架的選擇、布置位置是根據(jù)建筑的結(jié)構(gòu)特點確定的。在管道布局確定之后，改變管道的支承剛度對控制管系的振動顯得尤為重要，并把這種方法稱為優(yōu)化剛度法。從理論上來講，剛度越大對減少管道振動越有利，此時管道的基頻也隨之增加。當(dāng)剛度增加的同時，管系的應(yīng)力也隨之增加，應(yīng)力增加又會對支吊架、基礎(chǔ)設(shè)施和管道強(qiáng)度提出進(jìn)一步要求，因此剛度應(yīng)該取其中一個既滿足應(yīng)力要求又可以提高基頻的優(yōu)化值。

2.7 小角度轉(zhuǎn)彎法

電廠汽水管道內(nèi)流動工質(zhì)的動力來源于泵的做功，泵的不連續(xù)加壓方式使管內(nèi)工質(zhì)的壓力和速度隨時間發(fā)生變化，這種變化稱為流體脈動（包括壓力脈動和速度脈動）。由脈動作用而產(chǎn)生的激振力作用在管道上，這種脈動作用結(jié)果主要是由于壓力脈動造成的。削減流體脈動作用于管道上的激振力，可從兩個方面考慮采取措施：在設(shè)計電廠管道時，在滿足設(shè)計要求和現(xiàn)場工藝要求的前提下，應(yīng)盡可能使管道的走向平直，減少彎頭的使用數(shù)量；當(dāng)對彎頭進(jìn)行選型時，應(yīng)盡量使用轉(zhuǎn)彎角度小的，即采取小角度轉(zhuǎn)彎法。

綜上所述，管道振動問題的發(fā)生頻率普遍較高，相對的如果設(shè)備產(chǎn)生沖撞波等，其振動強(qiáng)度會隨之增加，但是導(dǎo)致管道振動問題的存在因素是多樣化的，無論是設(shè)計環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差，還是使用水平偏低所帶來的影響，都會使管道正常運行受到阻礙，這就需要工作人員從各個環(huán)節(jié)逐步推進(jìn)管道振動問題的解決工作，防止問題的進(jìn)一步惡化，我們相信，在不斷更新、引進(jìn)新技術(shù)的同時，我國在管道防振方面的控制水平將會更高。

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作者簡介：蘇孝剛（1977-），男，安徽淮南人，大唐安徽淮南洛河發(fā)電廠助理工程師。

（責(zé)任編輯：王 波）