热电厂主蒸汽管道振动原因分析及治理

常继平 姚卫星

摘 要：目前，燃煤热电厂仍然是我国电力和热力生产的主要形式，主蒸汽管道作为汽水系统的主要管道，直接关系着热电厂的安全运行，主蒸汽管道在运行过程中会出现各种故障问题，最为常见的是主蒸汽管道的振动故障。本文主要以某热电厂主蒸汽管道为例，系统性地分析了该厂主蒸汽管道振动产生的原因，并提出了治理主蒸汽管道振动的具体措施。

关键词：主蒸汽；管道；振动；原因

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.155

在热电厂运行过程中，主蒸汽管道发生振动的主要原因是主蒸汽管道的固有频率和激振力频率一致，进而使得主蒸汽管道发生共振现象。通过对主蒸汽管道进行模態分析、应力校核计算，技术人员通过增加主蒸汽管道减振装置，以此来改变主蒸汽管道的固有频率，这样能够避免管道产生共振现象，并且主蒸汽管道振动幅度显著降低。

1 主蒸汽管道振动概述

某热电厂投运一段时间后，为了能够有效地减少主蒸汽调节门的节流损失，实现提高机组发电效率的目的，将主蒸汽管道由单阀运行方式改造成为效率较高的顺序阀运行方式。机组以顺序阀方式运行时，主蒸汽管道振动的幅度较大，振动的频率也明显上升，这就使得机组不能以顺序的方式正常地运行，从而极大地影响了全厂的经济性和安全性。

通过现场的检修、维护，技术人员发现：当机组以单阀的顺序进行运行时，主蒸汽管道的主振频率约为0.8Hz，并且以低频振动为主，而当机组以顺序阀的方式运行时，主蒸汽管道的主振频率约为2Hz，可以发现主蒸汽管道的振动幅度显著地增大。

2 主蒸汽管道振动原因分析

主蒸汽管道振动最主要的原因是由于主蒸汽管道的激振力造成的，相关研究表明：当主蒸汽管道的固有频率和激振力一致时，主蒸汽管道将会产生共振现象，并且其振动幅度和频率将会明显地增加，从而危及机组的安全稳定运行[1]。

当进行主蒸汽管道设计时，设计人员主要关注的是管道的荷载承受力是否合理、应力是否满足运行需要等，但是往往忽略了主蒸汽管道的振动问题，一旦主蒸汽流动特性不稳定时，那么当主蒸汽流过弯头、阀门和三通时，就会产生激振力，这样就会造成主蒸汽管道发生振动。当机组以单阀运行时，主蒸汽管道产生的振动幅度通常比较小，发生的频率也比较低，但当机组以顺序阀的方式运行时，由于管道固有频率和激振力频率相接近，这就非常容易引起管道发生共振现象，这样就有必要对主蒸汽管道进行固有频率的计算。本文主要是通过专业软件对主蒸汽管道进行了系统性的模态分析和应力校核计算。模态分析的结果发现主蒸汽管道第1阶振动型式主要以水平X方向为主，并且第2阶固有频率约为2.3Hz，主蒸汽管道第2阶振动型式主要以Y方向为主，如表1所示。

模态分析结果发现：主蒸汽管道第1阶和第2阶固有频率相对应的振动型式和现场观察到的管道特征相一致。因此，一旦机组采用顺序阀的运行方式时，那么将会导致主蒸汽管道的激振力频率和固有频率相一致，使得主蒸汽管道发生了共振现象，这将会导致主蒸汽管道振动的幅度显著地增大，振动频率明显地增多。

3 主蒸汽管道振动的治理措施

为了能够找出主蒸汽管道发生振动的原因，主要的技术路线是通过改变主蒸汽管道的固有频率，这样就使得主蒸汽管道的固有频率偏离激振力频率，从而能够避免主蒸汽管道发生共振现象，进而降低主蒸汽管道振动幅度的目的。固有频率主要和主蒸汽管道的刚度和质量有关，如果要想使得管道避免共振现象的发生，那么技术人员就需要适当地调整主蒸汽管道的质量和刚度，从而使得固有频率偏离激振力频率。由于机组已经投运，主蒸汽管道的质量不容易发生改变，那么只能通过调整主蒸汽管道的刚度来达到消除主蒸汽管道振动的目的。通常情况下，主蒸汽管道的刚度主要和管径、壁厚、弯头数量、支吊架状况等因素有关，并且管径、壁厚和弯头数量并不容易进行改变，那么在保证主蒸汽管道应力满足机组运行的前提下，就可以通过增减减振装置来调整主蒸汽管道的刚度。

对于经常发生共振现象的主蒸汽管道，可以通过以下措施来解决振动现象的发生：第一，可以在主蒸汽管道上增加减振装置；第二，对原有的减振装置进行二次改造；第三，增加阻尼器；第四，更换部分支吊架。综合现场分析的结果和模态分析结果，本工程主要是采用上述四种方式进行主蒸汽系统的调整，从而很好地解决了主蒸汽管道发生振动的问题。此外，模态分析的结果表明，增加减振装置后，显著地增大了主蒸汽管道的固有频率，第1阶的固有频率增大为3.7Hz（见表2），那么就能够使得产生共振的第1、2阶振动型式不再发生，实质上是提高了主蒸汽管道的刚度，这样就有效地消除了主蒸汽管道的共振现象。

4 结语

综上所述，造成主蒸汽管道发生共振的原因有很多，激振力是常见的主要形式，一旦激振力频率和管道的固有频率相一致时，主蒸汽管道将会发生共振现象，通常采取的措施是采取有效的措施来改变管道的固有频率来避免振动现象的发生，本文研究结果表明，改变主蒸汽管道的固有频率是可行，能够保证主蒸汽管道的稳定、安全运行。

参考文献：

[1]邹本艳.汽轮发电机组振动原因分析[J].化学工程与装备，2017

（08）：112-113.