探究核電廠調(diào)試期間管道振動(dòng)測(cè)量

1、探究核電廠調(diào)試期間管道振動(dòng)測(cè)量（福建福清核電有限公司 福建省福清市350300） 摘要：根據(jù)美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（asme）規(guī)范要求，核電廠在預(yù)運(yùn)行試驗(yàn)及初 始啟動(dòng)試驗(yàn)（調(diào)試階段）期間需對(duì)核級(jí)的管道進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量。基于此；木文探究 核電廠調(diào)試期間管道振動(dòng)測(cè)量。關(guān)鍵詞：核電廠；調(diào)試；管道振動(dòng)測(cè)量一、工作流程探討與改進(jìn)基于運(yùn)行因素考慮，對(duì)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（rcp）管道應(yīng)仔細(xì)評(píng)審，考 慮到安全因素，還應(yīng)對(duì)核電廠專設(shè)安全設(shè)施、一回路主要輔助系統(tǒng)以及放射性廢 物處理系統(tǒng)管道進(jìn)行振動(dòng)評(píng)價(jià)。各系統(tǒng)需進(jìn)行振動(dòng)評(píng)價(jià)的管系應(yīng)包括核1、2、3 級(jí)管系和損壞能使抗震1類設(shè)備功能降低到不可接受水平的高能管系以及核電 廠實(shí)際

2、發(fā)現(xiàn)的過量振動(dòng)管系。管道振動(dòng)歸因于其受動(dòng)載荷的激勵(lì)，一般由機(jī)械振動(dòng)和管內(nèi)流體脈動(dòng)壓 力引起，后者是管道振動(dòng)的主要原因。機(jī)械振動(dòng)與系統(tǒng)中機(jī)器或泵的振動(dòng)有關(guān), 而管內(nèi)流體脈動(dòng)壓力原因則更復(fù)雜，管道彎頭、變徑管、三通等都會(huì)引起壓力脈 動(dòng)。asmeom-s/gpart3指出泵、閥和熱交換器等敏感設(shè)備的振動(dòng)會(huì)影響其可運(yùn)行 性和結(jié)構(gòu)性能，故應(yīng)仔細(xì)評(píng)審。基于此，在選擇振動(dòng)測(cè)點(diǎn)時(shí)應(yīng)充分考慮關(guān)鍵設(shè)備 進(jìn)出口兩端管線。選定關(guān)鍵設(shè)備后，應(yīng)根據(jù)管道三維制作圖及支架制作圖選取振 動(dòng)測(cè)點(diǎn)。振動(dòng)測(cè)點(diǎn)應(yīng)選在管道最大位移點(diǎn)，通常該點(diǎn)也是最大速度點(diǎn)，但要考慮 到施工過程中三維制作圖和支架制作圖可能存在變更，以及測(cè)點(diǎn)位置是否可達(dá),

3、 要對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)。參照asmeom-s/g-2000part3對(duì)管道穩(wěn)態(tài)振動(dòng)和瞬態(tài)振 動(dòng)各分成3個(gè)組進(jìn)行測(cè)量。管道穩(wěn)態(tài)振動(dòng)和瞬態(tài)振動(dòng)測(cè)量的驗(yàn)收準(zhǔn)則有所差異, 但鑒定程序基木一致。振動(dòng)測(cè)量可與相應(yīng)系統(tǒng)調(diào)試同步進(jìn)行；在典型的試驗(yàn)工況 或流量下進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量，同時(shí)盡可能測(cè)量稀有工況或稀有流量下的振動(dòng)。待管道 流量穩(wěn)定后進(jìn)行信號(hào)采集，最大振動(dòng)速度或位移從實(shí)測(cè)速度或位移時(shí)域信號(hào)中得 到，記錄訊號(hào)應(yīng)確保有足夠長(zhǎng)的持續(xù)吋間，以保證統(tǒng)計(jì)精度及得到該測(cè)點(diǎn)最大振 動(dòng)速度值。大多數(shù)核級(jí)管道的最佳振動(dòng)參數(shù)是速度，因?yàn)樗欠从痴駝?dòng)能量的參數(shù)。按照asmeom-s/g-2000part3的規(guī)定，簡(jiǎn)化的速度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)公式

4、為：(1)式中，vallow為振動(dòng)限值；c1為補(bǔ)償管道特征跨上集中質(zhì)量影響的修 正系數(shù)；c2k2為asme規(guī)范中定義的應(yīng)力系數(shù)；c3為考慮管道內(nèi)部介質(zhì)和保溫 層質(zhì)量的修正系數(shù)；c4為不同于固定端的端條件和不同于直跨的結(jié)構(gòu)形式的修 正系數(shù)；c5為考慮偏離共振的強(qiáng)迫振動(dòng)的修正系數(shù)；sa為規(guī)定循環(huán)次數(shù)下的交 變應(yīng)力最大值；為許用應(yīng)力減弱系數(shù)。由于各管道在結(jié)構(gòu)、介質(zhì)、工況等諸多方面都不盡相同，因此管道振動(dòng) 的評(píng)價(jià)數(shù)值因管道而異。當(dāng)測(cè)量的振動(dòng)值小于許用限值吋，管道可通過驗(yàn)收。對(duì) 于振動(dòng)超過許用限值的管道，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行深層次的分析，并進(jìn)一步采取精確驗(yàn)證 方法進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量和評(píng)價(jià)。二、管道振動(dòng)測(cè)量2.1振動(dòng)測(cè)

5、量設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用美國(guó)國(guó)家儀器公司(ni)的采集板卡及開發(fā)套件，由 具有ni軟件開發(fā)資質(zhì)的人員進(jìn)行daq系統(tǒng)的定制開發(fā)，采用分布式采集、集中 存儲(chǔ)與分析的設(shè)計(jì)，具有多通道、實(shí)吋同步采集，可在現(xiàn)場(chǎng)高溫、高濕工作環(huán)境 下長(zhǎng)期持續(xù)工作性能特點(diǎn)。加速度傳感器采用endevco公司的6233c-100型號(hào)加 速度傳感器。2.2傳感器安裝加速度傳感器的安裝方向應(yīng)滿足測(cè)點(diǎn)布置要求，傳感器安裝位置滿足傳 感器工作環(huán)境要求。加速度傳感器安裝在預(yù)先機(jī)加工好的基座上，基座與管道緊 密貼合通過鋼扎帶緊密連接，防止松動(dòng)。在傳感器后面連接高溫低噪聲線纜、電 荷放大器，應(yīng)注意線纜的最小回轉(zhuǎn)半徑，防止線纜打斷造成信號(hào)丟失

6、，電荷放大 器固定在合適的位置，防止誤碰造成連接松動(dòng)問題。2.3數(shù)據(jù)獲取與評(píng)價(jià)由于管道在不同的試驗(yàn)工況(主要是流量不同，即不同的工況對(duì)應(yīng)不同 的流量)下表現(xiàn)出不同的振動(dòng)特性，所以為了全面的了解管道的振動(dòng)特性，調(diào)試 期間的管道振動(dòng)測(cè)量必須涵蓋機(jī)組正常運(yùn)行期間所將經(jīng)歷的全部典型的工況。當(dāng) 系統(tǒng)達(dá)到對(duì)應(yīng)試驗(yàn)工況時(shí)，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，啟動(dòng)daq數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采 集，約60s后停運(yùn)daq數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將所得數(shù)據(jù)與1.75in進(jìn)行對(duì)比，如果數(shù) 值小于1.75in,則認(rèn)為管道的振動(dòng)符合要求。如果數(shù)值大于1.75in,則認(rèn)定所測(cè) 管道振動(dòng)超標(biāo)，需要進(jìn)行進(jìn)一步的故障診斷，提出合理的振動(dòng)整改意見。待減震 措施完

7、成后，從新進(jìn)行所選管道的振動(dòng)測(cè)量，直至合格為止。三、案例分析3.1振動(dòng)限值的計(jì)算測(cè)點(diǎn)布置見圖該管段材料為不銹鋼，且無集中質(zhì)量，依據(jù)asme標(biāo) 準(zhǔn)要求，c1值取1。c2k2取保守值為4。(2)式中，w是單位長(zhǎng)管重量；wf是單位長(zhǎng)管內(nèi)介質(zhì)重量；wins是單位 長(zhǎng)管保溫層重量。根據(jù)管道材料清單可知，該段管內(nèi)流體為放射性地坑水，無保 溫層。因此wins為0, wf為5.41kg/m,由式(2)計(jì)算得到c3為1.35。測(cè)點(diǎn) 口6j所處管段為直跨，該處c4值取1；測(cè)點(diǎn)1162所處管段結(jié)構(gòu)復(fù)雜，該處c4 值取最保守值0.7。3.2振動(dòng)分析與評(píng)價(jià)由表1可知，測(cè)點(diǎn)116-2a向與h向振動(dòng)超標(biāo)，測(cè)點(diǎn)116-13個(gè)

8、方向振動(dòng) 雖未超限值，但振動(dòng)速度最大點(diǎn)位于測(cè)點(diǎn)116-1處豎直方向(v向)，懷疑此處 是激振點(diǎn)。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量吋發(fā)現(xiàn)，管道噪聲很大，口伴隨著明顯“鞭炮聲”。這種 噪聲由氣泡破裂時(shí)高速?zèng)_蝕管壁產(chǎn)生，即管道內(nèi)發(fā)生了汽蝕現(xiàn)象。為了驗(yàn)證這一 結(jié)論，對(duì)測(cè)點(diǎn)口61進(jìn)行簡(jiǎn)單的加速度頻譜分析發(fā)現(xiàn)，管道振動(dòng)的優(yōu)勢(shì)頻率主要 以高頻信號(hào)為主，而口頻率成分特別豐富，這點(diǎn)符合管道發(fā)生汽蝕的特點(diǎn)。同吋， 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量了 1eas002ej噴射器法蘭出口處的流速，約為78m/s,流體流速較快。 根據(jù)伯努利定律，管道內(nèi)流速大的位置壓力低，容易產(chǎn)生氣泡（或者從噴射器出 來的流體本身含有氣泡），氣泡隨著流體一起朝下游管道流動(dòng)吋，流速很快減小 直至穩(wěn)定，流體壓力增大，氣泡破裂，產(chǎn)生汽蝕。這些都說明了 1eas002ej出口 管線上發(fā)生了汽蝕現(xiàn)象，這是管道振動(dòng)大的主要原因。結(jié)語在充分汲取asmeom-s/g-2000part3標(biāo)準(zhǔn)要求與參考電廠經(jīng)驗(yàn)反饋的基 礎(chǔ)上，通過對(duì)核電廠調(diào)試期間核級(jí)管道振動(dòng)測(cè)量工作進(jìn)行探討與改進(jìn)，能夠有效 預(yù)測(cè)系統(tǒng)中可能岀現(xiàn)的過量振動(dòng)，全面檢測(cè)出工藝系統(tǒng)的薄弱點(diǎn)。在前期就選擇 關(guān)鍵