汽水管道振动的原因分析及解决方法研究

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摘要：汽水管道在运行过程中会出现管道振动的情况，然而这种管道振动对于整个系统是不利的。本文主要针对汽水管道振动产生的原因进行分析探究，同时针对振动的原因提出了相关的解决措施。

关键词：汽水管道、管道振动、原因分析、解决方法

中图分类号：TE973文献标识码： A

一、前言

振动是汽水管道系统运行中的一种常见现象，管道的剧烈振动可能导致管道系统及相关附件产生损坏及功能失效，管线长期受到振动影响会产生局部的集中应力。长时间的大幅度振动可能造成管道局部发生疲劳破坏，并对连接的设备产生附加推力，而造成管道连接设备的损害甚至严重的会影响整个系统安全运行。

二、汽水管道中常见的振动

1、介质汽化导致管路振动

以水为介质，当水泵入口温度高于入口压力下的饱和温度时,以及出口流量小于泵的最低流量时,介质水即要产生汽化。泵汽化时泵出口压力、流量下降或晃动，泵体及管道发生噪声和异常振动泵电机电流下降晃动。当泵发生汽化时，应立即停运故障泵启动备用泵。并做以下检查:

（1）检查泵在低负荷运行时在循环管路是否畅通，其给水流量是否大于泵的最小流量，避免介质在泵内长期磨擦发生汽化。

（2）检查给泵入口的进口温度、压力是否符合设计要求，滤网是否堵塞,避免由于进口压力过低造成汽化。

（3）检查泵吸入口高度是否符合设计要求，是否满足泵所要求的必须汽蚀余量高度要求。

2、汽液两项流引起的管道振动

在运行时管道内存在着大量气体，如不能及时排出，则降低管道有效流通面积，阻碍液体的正常流动，在气体发生爆破时对管道产生汽蚀冲击，引起管道振动。当压力管道的阀门突然关闭或开启时,当水泵突然停止或启动时,因瞬时流速发生急剧变化引起液体动量迅速改变,而使压力显著变化，还会发生水击现象。

3、支吊架设计不良

支吊架设计安装不良主要表现在其布局不合理，管系受力不均匀，弹性支吊的弹簧未调整好,固定支架布置不合理。[[1] 谷敬泽：《汽水管道支吊架问题分析及调整措施》，《河北电力技术》，2006年04期][1]在机组运行期间或大、小修要对支吊架进行全面检查,防止因为支吊架设计、布置或本身的缺陷，造成管系小振动演变成大振动。

三、振动的形成

1、振动形成的原因

管道内流动的介质性质不同对管道的作用力也不同。如果管内流体为不稳定，流体就有可能成为管道的振源，气液两相流可能引起管道振动，气液两相流就当存在与外界的热交换时，流体吸热或散热浮气液比发生变化在局部产生流体冲击。尤其是存在向外散热的情况时，流体中的介质蒸汽可局部冷凝其体积在瞬间产生很大的变化，附近液流高速移动占据这个空间形成冲击引起振动。气液两相流形态复杂，各处不完全相同形成多种流型。这样各处的密度不完全相等，在流体流动方向发生变化的地方会产生冲击力而引起振动。

电厂庞大复杂的管道系统最重要承载部件，是各种形式的支吊架。支吊架的性能好坏、承载合理与否直接影响到电厂管道乃至整个机组的安全运行。汽水管道振动的破坏力大部分作用在与之连接的支吊架上，支吊架发生故障而失去作用则会加剧管道的振动。

2、汽液两相流

由两种态的物质组成的两相体系的流动问题就称为两相流，与管道振动关系密切的两相流主要是气态与液态的两相流。尤其是伴有相变的两相流，如处于饱和状态的两相流，像饱和蒸汽的输送管道、管式加热炉的炉管管内的流体在一定条件下处于两相流状态。[[3] 张都清 张广成 曹立春：《电厂中汽水管道的振动原因及对策》，《山东电力技术》，2006年01期][3]在这种状态下的流体存在热量传递的时候就会出现相变，受热液态部分流体汽化散热，则气态部分流体液化。这样流体的体积发生突然的变化，流体的流动状态也受到扰动，均可能对管道振动起激发的作用。无相变两相流的各相在流动中均不发生相变，气相和液相在流体中所占的比例不变，但两相的分布情况并不都是均匀的。气、液两相在混合流体中占的比例不同，流动的速度不同，流体的热力学参数不同，会形成各种不同的相分界面的几何图形。介质的表面张力使其产生曲面的趋势，如空气中的液滴和液体中的气泡均呈曲面形状，座气中的液滴越小越接近球状液滴越大变形越厉害。反之液体中的小气泡接近球形，大气泡的形状会改变。工程上为分析问题需要人为地将它们分成若干种型状，即常说的流型。这种分类不是很确切，因为界面图形结构不是固定不变的，事实上随时发生变化而且在一个管道中的两相流在不同的位置、不同的时间所呈现的界面图形有可能超出某种流型的界限。

四、振动消除措施

1、调整管系结构的固有频率

调整汽水管道的固有频率，使其控制在一个合理的范围之内。影响管系固有频率的因素可以归纳为以下几种:

（1)管道内流体流速提高时，管道系统的刚度随之下降，此时管道的固有频率也随之降低。当流速继续增加达到临界流速时，管道振动出现发散，此时管道失稳，管道频率出现反复升降的过程。[[4] 邓广发 张超群 董强：《发电厂给水管道振动的原因分析及消除》，《江苏电机工程》，2004年03期

][4]如电厂汽水管道内流体流速达不到临界流速，就不考虑频率改变过程。

（2)管道的径长比越小，管道的固有频率越小。管道的长度越长，从理论上讲管道越容易出现失稳，对管道振动的治理越不利。

（3)管壁越薄，管系的固有频率越低，管壁越薄管道的抗振性能也越差。

2、针对水泵汽化产生的振动，，可对管系进行适当的调整已减少振动。

（1）可在管路上设置空气室或安装安全阀,当管道中压力升高超过允许数值时,空气室可以减缓压力的突升或使用安全阀开启泄压使管中压力不致有太大的升高。

（2）尽量缩短管路长度,适当放大管径，采用合适的流速,从而使水击发生时速度的变化量降低相应的降低水击压力的数值。

（3）管路的起伏高点是安装排气阀门并畅通，水平管路是否留有足够的坡度切顺流向坡向高点放空。以保证在启动时管内空气顺利排出，否则应在向应管段加装排气门，以保证管内气体顺利排出。

（4）减缓关闭开启阀门，阀门的关闭时间越长，液击压强就愈小。

3、支吊架布置调整

若由于支吊架布置不合理造成振动，可调整支吊架布置，采用减振装置如阻尼器、限位装置、固定支架、滑动支架、弹簧减震器等。在管道振动大的地方增设刚性支撑。由于两相流的特殊性质必然要产生对管道的激振力，两相流的不稳定性质，在实际生产中又不可避免地出现工艺参数的波动，设计考虑再周到也不可能完全消除激振力。所以还要从另一个角度考虑，即提高管道的抗振能力役计中按照某种极限情况计算激振力。如果振动是由于随机激振力引起的要检测振动的频率和位移，再计算管系的自振频率。若确定共振是管道振动的原因修改支架改变管道自振频率避开共振，为使支架设置位置和选型合理需对管道作动力响应分析。

六、结语

电厂管道振动会严重危害电厂安全生产、运行人员人身安全及工作环境的问题,分析了电厂汽水管道系统振动的危害和主要形成原因,提出了改变管系固有频率、调整管系布置、改变管系受力状况等消减振动的方法，可以给相关的技术人员提供参考借鉴。

参考文献：

[1] 谷敬泽：《汽水管道支吊架问题分析及调整措施》，《河北电力技术》，2006年04期

[2] 潘恒超 付祥卫：《火力发电厂汽水水平直管道支吊架间距计算方法的探讨》，《吉林电力》，2003年05期

[3] 张都清 张广成 曹立春：《电厂中汽水管道的振动原因及对策》，《山东电力技术》，2006年01期

[4] 邓广发 张超群 董强 任君：《发电厂给水管道振动的原因分析及消除》，《江苏电机工程》，2004年03期