核电厂管道振动的原因和对策解读
吴绳龙 陈基福
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吴绳龙 陈基福,. 核电厂管道振动的原因和对策解读[J]. 动力技术研究,2023.4. DOI:10.12721/ccn.2023.159271.
摘要: 核电厂中管道产生振动现象主要在调试阶段和运行过程中经常发生,期间会给核电厂常态化运行造成严重的安全隐患,必须得到相关行业及相关工作人员的重视,同时核电厂中的管道长期产生振动还会直接缩减其使用寿命,发生事故后会给核电厂的整体安全性带去极大风险。鉴于此。文章将针对核电厂中管道产生振动的主要原因及对其采取有效的应对策略进行详细的分析。
关键词: 核电厂;管道振动;原因分析;对策分析
DOI:10.12721/ccn.2023.159271
基金资助:

引言:

核电厂内部所使用的管道在运行期间会产生普遍性的振动现象,这种持续性的振动会给管道系统和有关设备带去各种损伤,直接带给核电厂带去运行方面的风险。核心站内部各个管道发生振动会涉及各种复杂性的问题,除了与设备旋转时所产生的振源有关之外,还与管道内部流体情况,管道的布设,所吊设的支撑物有关系,需要相关单位和主要工作人员找出真正产生管道振动的缘由,并对此找到有效的解决措施,这样才能有效提升核电厂正常运行的工作效率。

1核电厂内部管道产生振动所具有的危害

核电厂内部管道在产生振动现象时多数都与调试工作和运行期间有着紧密的关联性,过大的管道振动会直接给关系和有关联的设备设备造成很大程度上的损坏,直接影响核电厂内部管道发生振动问题的原因极为的复杂,需要从多种角度来衡量,通常我国可将引发振动的力度称之为激振力,必须找到其激振力根源所在,还可将其归纳到机械振动和流体振动当中。核电厂中的管道振动问题多数都是由非定常紊流所引发的,如果其管道内部流体不够稳定就会引发振动,相应的还会给管道造成极大的危害,还会给其管道内部的材料造成疲劳性的损伤,很大程度上缩减有关设备和有关材料的使用时长,所以必须找到核电厂中管道在发生振动时的真正原因,这样能有效减少对管道损坏程度。

2核电厂内部管道产生振动的主要原因

2.1流体产生脉动

流体产生脉动可解释为其核电厂中的管道内部流体在产生速度和压力不稳定多变现象时呈现出的周期性流动状态情况。由于核电厂所采用的管道都是由泵来引起间歇性的加压现象才会使其管道内的流体发生输送运作现象,但是这种非持续性,不稳定的压力会使管道内部产生流体脉动现象,再加上设备启动时所产生的互补性振动,就会使其管道增加激振力,随着时间的演变还会使激振力发生不断的转变现象,尤其在管道内部流体途径到节流孔板处、弯管处、调节阀部位时,会使其所安装的部件产生很强的激振力。所以这时也会使核电厂内部的管道在经由这些部位时都会因为产生流体脉动现象,而直接给关联的设备和其内部结构带去各种振动损伤和安全事故。除此之外,核电厂所辅助的系统装备中的核级热交换设备也会引发其管道产生振动问题。究其原因主要是由核级热交换器内部的测流体所引发的,其中的热交换器、蒸汽发生器中的传热管因为振动都会给其管道带去各种损伤和破坏,经过调查显示核心厂发生管道安全事故40%都是由此引发的,瞬态振动也是导致其管道发生振动的主要原因之一,这种瞬态振动主要由其中的稳压器内部排放管发生振动而引发的,水塞主要布设在稳压器排放管当中的安全阀上游组件当中,其水塞在蒸汽的影响下会持续性的产生加速现象,从而让排放管发生瞬态振动,值得注意的是,水塞在产生加速运动期间都是因为其安全阀中的组建在短期内所产生的。

2.2水锤冲击所引发的管道振动现象

水锤冲击还可被称作水锤现象,其主要针对的是其水泵产生启动、停止运作期间,水锤在管道内部不稳定水压的作用下,产生膨胀波和压缩波等严重性的水击现象,用不同角度来划分水锤所产生的现象,可将其分成间接水锤、关阀水锤、启动水锤以及停泵水锤。实际上核电厂产生水锤现象比较常见,会给核电站的安全造成比较严重的影响,其管道内部的水体流动都是由管道阀门和水泵所控制。如果管道阀门发生开启和关闭,都会使水体的流速短期内产生巨大的变化。如果其管道中的内壁较为光滑,会在水流的惯性影响下出现巨大的压力,还会产生各种机械故障和意外停电以及水锤现象。同时这种水压会在管道内部产生周期性的衰减和压缩波,这也是导致核电厂管道内部产生振动的主要原因之一。当前我国华南多数运营中的核电厂都会产生上百次的水锤现象,从而使核电厂很容易产生意外停电和机械故障等各种事故问题。

2.3旋转设备所引发的管道振动现象

运营中的核电厂中的主要组成部件之一为旋转机械设备,其中分成发电机。水泵、汽轮机、风机等归纳为旋转设备当中,此类设备在实际运行期间,其内部的各个组件会产生各种快速的旋转现象,在发生旋转动力学现象期间就会给其管道带去各种振动现象,多数情况下旋转机械设备产生振动时都会在特定的范围之内,并不会给核电站中的管道和其他类型设备带去过多的影响,但是当旋转设备中轴承出现磨损、所用材料不均匀,制造期间出现误差,楼面刚度不过关、质量方面的偏心问题时,就会给旋转设备带去各种使用安全问题 ,由此产生的管道振动问题和轴线偏离重心时还会让管道振动出现超标问题,长期下去也会给管道振动带去开裂的安全事故问题。

2.4气液两相流动

气液两相流动需要由多相混合类流体所形成的,气体和液体两种流动介质处在同一种流动环境下会产生流动现象,这些都经常出现在管道系统当中,由于产生这种流体会产生非常复杂的流动形态,如果在流体速度和流体方向转变的作用下,也会使管道系统产生振动现象,这在核心厂属于普遍性的现象。如果管道内部的流体和外界产生热交换,就会使管道内部的气液比在热膨胀的作用下产生变化,还会使局部流体给其管道带去较大的冲击,当其管道内部流体途经其他类设备和元件时,就会给其他管道带去较大的压力,让局部管道内部流体产生较大的冲击和振动现象。

2.5节流气板限制流体流速

节流气板属于核电厂管道系统当中的主要组成部门,其在核电厂内部需要对系统增加阻力控制管道内部流体的速度,但是当前我国在设计节流气板方面依然不够成熟,经常对节流气板参数的设计出现各种误差,这种误差也很会使节流气板产生过度节流的迹象,从而导致其下游经常出现气蚀问题,气蚀会在强大冲击力影响下产生各种凹坑和孔洞,这种气蚀现象还会给管道造成振动。

3核电厂内部管道发生振动问题的有效应对策略

首选,针对流脉动所产生的振动问题,需要在设计管道系统时减少其与有关设备的接触,或者采取气柱谐振措施,以此减少流体脉动对管道的影响,应减少使用弯头管道元件,选用节流减压阀部件,针对蒸汽管道布设时应增强其坡度,同时还可通过选用水泵APD运行方式来减少瞬态变化,针对较长的管道应增设减震支架,或者增强管系结构的刚度,调试期间应调整好关系结构的整体振动幅值,同时还应优化设计管系参数。其次,针对水锤而引发的管道振动现象,可以通过在管道附近增设支架或者阻尼器,安装相关的减震器,还可通过泄压和补充压力来解决水锤而引发的振动问题,安装支架时应选用锚固板连接方式。在其墙体预埋铁用焊接的方式进行连接,用膨胀螺栓来固定到墙体当中,或者通过改进泵和阀门等各种设备,优化其工艺水平,提高其管系的刚度,支吊架的距离。在拐弯处增设两个导向类支架,这样能有效降低其管道的振动频率。再次,针对旋转设备所引发的管道振动,应当先用质量合格的旋转设备,科学合理地安放和布局各种旋转设备,这样就能减少风力、地震及其设备运行时所引发的管道振动次数。最后,针对气液两相流动和节流气板所引发的管道振动和现象,可通过改进气缸设备中的配置和整体结构和用压缩机来使管道的气液减少冲突,同时还应提升节流气板的运算准确率,避免使其产生误差,或者使用消减器和π型缓冲器,也能有效减轻核电厂管道内部的振动频率。

结束语:

总之,通过对核电厂内部管道振动所引发的危害,找出直接影响核电厂内部管道振动的流体产生脉动、水锤冲击、旋转设备、气液两相流动、节流气板限制流体流速的这些原因,并给出对应的减振措施,能让核电厂管道在调试和运行期间有效延长其使用寿命,增强其运行效率。

参考文献:

[1] 李春伟,唐璐.600MW机组凝结水再循环管道振动原因分析及处理[J].内蒙古电力技术.2012,(1):30.

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