振动监测与分析技术在核电站中的应用

鲍宇

摘 要：作为力学的一个分支，目前，振动监测与分析技术无论是在应用还是实践方面，均取得较为快速的发展。本文从核安全保障、核电经济运行水平提升、预测性维修与重大问题解决等四大方面，对振动监测与分析技术在核电站中的实践与应用进行探究，并以大亚湾核电站为例，来对振动监测与分析技术具体应用做出探究与分析。

关键词：振动监测；分析技术；核电站

中图分类号： TM623.7 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）18-154-2

1 振动分析在核安全保障中起到的作用

自从核电站诞生以来发生的种种事故表明，核的安全使用，需做到充分重视起来。大亚湾核电站在对核的使用，是在国家核安全局的监督下进行的，同时，在大亚湾核电站，凡是与核安全存在联系的设备，均在相关要求规定下，定期来开展切换试验。在定期试验开展时，借助振动频谱分析技术，能够对冷却水系统、安全壳事故喷淋系统等决定核安全的系统存在问题做到及时发现，进而对水泵、管道裂纹等隐患做到及时处理。笔者借助实例分析，来对振动分析在核安全保障中起到的作用，作出分析。

安全壳事故喷淋系统作为大亚湾核电站三大核安全系统中的一种，该系统对核的安全使用，起到重大作用，当这个系统当中，任何一个回路出现破损时，系统便向安全壳内进行喷淋水，从而使得安全壳当中的压力与温度得以减少，从而使核安全屏障完整性得到保证。因为当处于安全运行阶段时，不会对安全壳中喷淋水，因此安全壳事故喷淋系统按照运行导则的要求，定期完成试验时，将泵出口含硼水利用细小的试验管路输送到含硼水箱循环回路中。在核电站运行以来，在试验管道上小支管和母管焊缝焊接热影响区域内，出现过很多次裂纹。对于每一次裂纹的出现措施，均是利用相同尺寸与型号的管子来对其进行更换，同时对支管重新进行焊接。然而，单纯凭靠定期检查焊缝，并完成母管更换的措施，难以对根本问题做出解决，因此需要对管道出现裂纹的根本原因做出研究。

一是，被检查的为焊缝质量与管道壁厚，检查得到的结果没有任何异常问题，然而对系统管道、水泵，实施振动与噪音测量之后，便得出了不一样结果。水泵振动水平较为良好，然而振动水平却存在巨大偏差。根据噪音测出来的数据显示，管系最高噪音值达到120dB，该值已经大大超出在系统设计当中所要求的105dB。并且，不管是从振动还是噪音分析的结果来看，均说明管系测点6是出現剧烈振动与噪音的位置。

管道在出现剧烈振动之后，为了能够对振源做出寻找，需要对管系工作状态与停运状态时的第6点频谱、激振谱进行采集，从采集得到的图可以看出，当工作状态下的频谱处于220Hz频谱时，是管道发生振动的关键部位，处于停运状态时，管道自身共振频率也为220Hz。这就能够得出，管道上裂纹的产生，与剧烈振动存在紧密的联系，同时振动与噪音的源头，都是从管道产生的。但是，试验管道中，水流产生频率的220Hz，会对管道自激共振造成干扰，这种干扰便是管道焊口出现破损的内在原因。管道共振措施的应用，为系统试验管道的再次设计，提供了依据。

在这个案例当中，我们也能够得知，振动测量与分析在运用时，能够有效发现故障来源，也对振动分析与诊断能够成为核安全保障与设备安全保障的有效措施做出了证明。

2 能够提升核电机组经济稳定运行水准

根据国家电网公司要求，当前已经完成网厂分家，在电价上，也实现了竞争上网的机制。而对于核电站来说，在该背景下，应当对怎样降低成本，降低电价问题做出有效解决。对于大亚湾核电站来讲，由于早就投入使用，因此，维修时间与费用的控制，是其成本降低的重要措施。然而，振动监测与分析技术的运用，可以对核电站机组旋转机械所处的工作状态做到实时监控，并能够发现机组设备存在的问题，并对问题做到有效处理，让核电站能够安全运行，这一举措，为核电站经济效益的提升，起到至关重要的作用。

3 能够对核电站重大技术问题做出解决

根据相关统计可以看出，旋转机出现剧烈振动的原因在于摩擦、不对中、质量不均衡等方面造成的。而质量不均衡又是造成旋转机械振动超标的关键影响因素。然而，振动监测与分析技术在应用时，能够确定，振动超标是否以为质量不均衡造成的，并能够对出现的问题做到有效处理，而单机容量较大的核电机组，当旋转机械出现故障之后，机组便可能停止工作，从而导致重大经济损失的出现。对于大亚湾核电站来说，也出现过反应堆冷却剂系统主泵振动较高，循环水冷却系统电机振动较高等一系列问题，但是在运用振动频谱进行分析来看，这些问题都是质量不均衡所导致的。然而立即运用动平衡技术，经过有效处理，便能够对设备故障做出有效解决，从而有效防止由于设备故障造成的停机问题出现。

在每一台机组当中，均配置了两台循环水冷却循环水泵，而该水泵的主要功能，是让核电站中的冷源海水得到流动。通过定期试验能够得出，2号机组上的1号循环水泵电机，所对应的非驱动端，其振动位移峰值为140μm，该值已经超出120μm的极限，因此，循环水泵振动高的问题，也成为了核电站安全运行的重大威胁，需做出有效处理。

4 完成旋转机械预测性维修

通过对振动监测与故障诊断技术的运用，来对旋转机械振动数据与频谱做出分析，能够对机械设备的工作状态做出有效评价，进而使故障的问题得到及时发现，并对其做到及时安排与维修。这些工作，在旋转机械预测性修为当中，发挥了极为重要的作用。从实际角度来看，之前所提到的一些实际案例。例如，对于核反应堆冷却剂系统中主泵振动问题的处理，同时也是对旋转机械预测性维修要求的一种反馈。对于这一案例，当机组换料大修完成之后，向核反应堆的临界状态实施过渡时，当看到主泵振动水平，与警报值十分接近时，就需要对主泵频谱做出分析，同时运用现场的动平衡，来使主泵产生的振动，得到很好的降低，让主泵能够以正常的状态，在下一燃料循环运行当中，得以运用，避免功率在运行时，由于主泵出现问题，而影响正常工作。

旋转机械故障预测工作在开展中，要想对振动监测与分析技术做好更好的运用，就需要利用以往数据与先进仪器做出分析。而对于大亚湾核电站来讲，早就将机械设备的振动状态记录在档案当中。同时振动测量软件与硬件设备，均是使用美国进口的。核电站机组在工作时，需按月、按季度发布核电站机械设备工作状态与发展趋势报告，从而为核电站的管理者，提供参考依据。机组换料大修之前，对机组在一年工作当中，出现设备故障与可能存在的问题进行提出，同时给出维修意见，来对大修活动提供参考。由此可见，诊断检测与分析，目前，已是旋转机械预测性维修当中的一大关键措施，对核电站安全运行有着不可磨灭的贡献。

5 总结

近年来，在对核电站的安全进行维护，对核电站设备利用率进行提升等过程中，通过对振动监测与分析技术的有效运用，使相关问题得到了有效解决。未来，对该技术进行运用时，仍需在实践过程中，对经验做到不断积累，同时，在该技术运用时，也可与温度测量等技术做到结合使用，从而对核电站存在的问题，做到全面分析与解决。

参 考 文 献

[1] 张明，姚伟达，林绍萱，朱丽兵.核电厂反应堆部件及构筑物的三维流场数值模拟[A].第五届中国CAE工程分析技术年会论文集[C].2009.

[2] 王庆田，许斌，何大明，李燕.核反应堆堆内构件吊篮筒体焊接变形的分析与控制[A].中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集（第一卷·第3册）[C].2009.

[3] 田扬捷，鲍中林.不同转速水泵实现相同流量扬程的差异分析[J].给水排水，2009（07）.

[4] 肖显静.核电站决策中的科技专家：技治主义还是诚实代理人？[J].山东科技大学学报（社会科学版），2011（04）.

[5] 陈志高，黄俊.累积绝对速度CAV在中国三代核电站地震监测中的应用[J].大地测量与地球动力学，2016（05）.