浅谈火电厂汽水管道几种典型的振动..

第一篇：浅谈火电厂汽水管道几种典型的振动..

浅谈火电厂汽水管道几种典型的振动类型

摘要 ：介绍了电厂汽水管道几种常见的振动，分析了其原因，总结了预防和处理办法。(6 未加)

关键词:电厂；汽水管道；振动 ．

1、前言

汽水管道振动是是电厂运行中的一种常见的现象，振动的存在不仅会降低管道和设备的使用寿命，而且振动导致的管路泄漏或断裂会危及到设备的使用安全性，甚至造成机组非停或人身伤亡等事故。在解决管道振动问题时，首先应该分析清楚管道振动的原因，再根据实际情况进行管系的布置修正和加固。

2、振动的现象

电厂汽水管道振动非常普遍，主要表现为管路及其支吊架的摆动并伴有“碰碰”的噪声，振动的时间多发生在启停机和变工况的时刻，振动地点多发生在主蒸汽管道、高低加之间正常疏水和危急疏水管路、水泵的出入口管路及再循环管路，高温高压容器或主蒸汽管道的有压放水母管等管路。

3、振动的原因

根据管道振动 的理论分析，管道及其支架和与

之相连接的各种设备或装置构成 了一个复杂的机械

结构系统，在有激振力的情况下，这个系统就会产生

振动。研究管道振动，要从两方面考虑 ：一个是减

小激振力，从根源上消除振动l2 ；另一个是改变管道

结构，即从结构研究的角度来降低管系对外界激振

力的响应。

2．1 激振力

动力管道的激振力有来 自系统 自身和系统外两

大类，其中前者是管道振动的主要诱因。来 自系统

自身的激振力 主要是管道内部流体的不稳定流动引

起的振动，来 自系统外 的激振力主要是与管道相连

接的机器、设备、平台等的振动和风载荷、地震载荷 等。工程中引起激振力的常见因素有：

a．管流脉动引起的振动。管道输液(气)需通

过泵或压缩机加压作为动力，这种加压方式是间隙

性的，由于间隙加压，管道 内的压力在平均值的上下

脉动(或称波动)，即产生压力脉动，管 流处于脉动

状态。脉动状态 的流体遇到弯管头、异径管、控制

阀、节流孔板、盲板等管道元件，产生随时问变化的激振力，使管道及其附属设备产生振动。

b．液击振动。在输送 液体 的管 道中，由于生

产过程的调节，有时需要突然启、停 阀门、水泵和水

轮机，这时管道内液体 的速度会突然发生变化，液体

速度的变化使液体的动量改变，反映在管道 内的压

强迅速上升或下降，并伴有液体锤击的声音，这种现象称为液击，也 叫做水锤或水击。液击造成管道 内

压力的变化很大，严重时可使管子爆裂，迅速降压而

形成负压，使管子失稳。液击还经常导致管道振动，发出噪音，严重影响管道系统的正常运行。

C．管道内流体流速过快，因而流体 与管道边界

层分离而产生湍流，引起振动。

2．2 管 系

管系是连续弹性体，当管系的固有频率与激振

力的频率接近时会发生共振现象，使 系统振动大大

加强。对于简单管系的结构 固有频率的计算，理论

力学有较详细的介绍。一个复杂的管系在工程上大

都用有限元法计算，将管系分成若干个单元，一般

将一段直管作为一个管单元，弯管处理成弯管 单元

或若干根截面与弯管相等 的直管组成的折线代替；

法兰和阀门作为集中质量来考虑。

理论 上 讲汽 水 管 道 振 动 的 分 析，就 是 研 究 管 道 系 统 的 外 界 激 扰 力、管 系 响 应 及 管 系 自 身 振 动 特 性 的 3个 方 面。某一管路振动的原因可能只是单一的，但也有可能是多种因素综合的结果，常见的振动因素主要有以下几种。根据管道振动的理论分析，管道及其支架和与之相连接的

各种设备或装置构成了一个复杂的机械结构系统，在有激振力的情况下，这个系统就会产生振动。研究管道振动时，要遇到 2 个振动系统 ：一个是管道结构系统，即从结构研究 的角度来确

定结构对流体激发的响应 ；另一个是流体系统，即从流体研究的角度来确定流动的规律和它对结构的激发作用l2J。

压力管道的激振力可分为来 自系统 自身和系统外 2大类。

来自系统 自身的主要有与管道直接相连接的机器、设备的振动

和管道内部流体的不稳定流动引起的振动；来 自系统外的有风载荷、地震载荷等，其中前者是管道振动的主要诱 冈。振动对

压力管道来讲是一种交变动载荷，其危害程度取决激振力的大 小和管道自身的抗振性能。其主要的影响因素如下：

3．1 机械振动

当管道与相连的 工艺设备或机械设备发生振

动时，传递到管系上引发的管道机械振动。旋转机

械的转动部分由于制造误差、材料的不均匀性以及 运动中遭受不均匀侵蚀或损伤，它的重心就会偏离 轴线。转予的重心的偏离使其在旋转时产生一个不 断变换的惯性力，这种惯性力就是引起旋转机械振 动的主要周期性激振力。此外，由于轴承座在水平

方 向和垂直方向的刚度不同；轴承的刚度具有非对 称性的弹性特性。3.1、管路的选型不对 3..1.1 高速流引起的振动

管道内流体流速过快，因而流体边界层分离而产生湍流，引起振动。

湍流是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，也称为稳流或片流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破

坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合。这时的流体作不规则运动，有垂直于流管轴线方向的分速度产生，这种运动称为湍流，又称为乱流、扰流或紊流。

流体作湍流时，阻力大流量小，能量耗损增加。实验证明，能量耗损E与速度的关系为

当流体流经减压阀、安全阀、喷嘴或其它节流，流体的流速急剧增加而达到了或接近临界，由此出现不稳定的流动状态，管道系统会产生强烈的振动，还发出噪声。

(1)由蒸汽管系频谱分析知管道的振动是由受 迫振动引起的，且振源位于截止阀附近．分析蒸汽 管系结构可以发现，蒸汽在高速流经截止阀及其后 弯头时所形成的涡流引起蒸汽的脉动，是导致管系 振动的主要原因．蒸汽流过截止阀后虽然不改变流 向，但在流经截止阀内部时，由于阀内的弯头及阀 杆的作用使蒸汽的流向变为高进低出，蒸汽的压力 也由于弯头及阀杆的节流作用，相应经历由高到低 的变化，流向与压力的不断变化，使蒸汽在截止阀 后及弯管处引发涡流并形成脉动造成管系振动．这 也是该电厂蒸汽管道振动的主要原因．(2)现场观察发现，由于主蒸汽管道改造，管系原弹簧支吊荷载分配被破坏，载荷分配不均使弹簧支吊架失去减振作用甚至促使 了振动的形成与加剧；

(3)改造后的管系刚度不足，尤其管道截止阀处上下位移没有固定，管道易产生受迫振动；

(4)主蒸汽管道内蒸汽流速较大(57 m／s左右)超过了设计的标准值(40 m／s)，也容易产生激振．

成管道 系统 振动 的原因。通 常情况下分 析管道 系统 振动 的原 因，主要从 以下三个 方面考虑 ： 2．2．1 机 械系 统 的动力平衡 性。与管 道 系统相 连 的转动设备(比如气 轮机组、泵 等)的平衡 力过大，将 引起设备本 身的振 动，如果基 础设施设计 不 当，转 机 的振 动将通过基 础 或其 他 设施 传 递给 管 道，牵 连 管 道 振 动。

2．2．2 管 道 内部 流 体 流 动 状 况。管 道 系 统 布 置 的 不和理情况(比如 弯头过 多、频 繁改 变 走 向)以及 管 件(比如 阀门、孔板)对 流体 的作 用，使介 质流场 突然 改变，会导致 管道 振动 ；当流 在 管道 中流动 时，若 流速 过 大 并 超 过 某 一 允 许 流 速 时，也 可 能 引 起 管 道 振动。所 以在管 道 的设 计 规定 中，一般 都 会根 据 管 道输送 的流体种 类、应用 场合、管 道种类 等因素 限制 管道 内流体 的允 许流 速 ：管道 内两 相 流及 “水锤 ”也 是 管 道 系 统 振 动 的 主 要 原 因 之 一。2．2．3 管道流 体 的脉 动压 力。管道 内 的流体 输送

主 要 通 过 压 缩 机 或 泵 加 压 进 行，这 种 加 压 方 式 是 周期 性 的，因此，有 可 能 引 起 管 道 内 实 际 的 压 力 在平均

压 力 的上 下 波 动，即形 成 了 所 谓 的 “脉 动 压 力 ”。这 种“脉动 压力”作 用于 管道 系统，会 引起 管道 系统 的 振动，如果 系统 的约束 不够牢 固或减震 性能不好，系

统 的振 动会 逐 渐 加 剧。3.2、管路布置不合理 3.3、发生共振

1．1．2 流 体 涡流激振

当管内流速较大时，紊流边界层分离而产生涡

流，涡流的周期性释放，在管壁上产生周期性扰动

力，因而激起管道振动。当涡流释放的周期与管道的自振频率一致时，涡流激起共振。涡流激振发生于蒸

汽绕流过挡板、阀门及分叉管时，产生的振动频率一

般较高，且伴有较大的音频声发射。对于汽轮发电机

组的蒸汽管道，流速不是很大，并且管内没有挡板等

其它部件，发生流动涡流的可能性很小。

1．1．3 压 力脉动 引起 的 气柱谐 振

气 体的可压缩性和管道的弹性，在流体动力

学分析 中相 当于电路 中的电容，而气体的流动惯

性，相当于电路中的电感，从而构成类同于电路中I C谐振回路。在管端压力脉动时，气体的压缩和

膨胀产生周期性流动振荡。当压力脉动频率与气

柱的谐振频率相等时，即会产生共振，激起管道强

烈振动和发出强烈的噪声。这类扰动问题在轴流

式风机及风道中较易出现。当发生气柱谐振时，整 个管道基本上处于同一振动频率。

1．1．4 管流脉动激发管道振动

管内气体压力脉动时，气流也处于脉动状态。

脉动的气流流经弯头、管径缩扩、调节门、孔板等

流动转 向、流速变化部件时，作用在管壁的气流动

量呈周期性脉动状态，因而诱发管道振动。

如图 1所示的弯头，如流体 的脉动压力值为

P，管道的通流面积 为．S，弯头的弯角为 |8，则作用

F

图 1 弯 头 受 力t-g蒽

在管道截面上的脉动力大小为P5，将这两个力合成，得到沿弯头分量的合力 R，其值为

R=2kSsin导

(1)

这就是由于脉动压力引起的作用在弯头上的干扰力的大小。由式(1)可见，R随弯角的增 大

而增 大。P是随时间周期变化的，所以作用在弯头的脉动干扰力也随时间作周期变化。它们的变化

规律，可以用脉动压力分析的方法计算出来。管道

中流动 的脉动气流，在遇到弯头、异径管、盲板以

及阀门时出现激励力，从而使管道振动。3.4、水击现象

在有压管道中，由于某种原因(如阀门启闭，换向阀变换工位，水泵机组突然停车，管道中有气

等)，使水流速度发生突然变化，同时引起管道中水流压力急剧上升或下降的现象，称为水击(或水锤

压力管道系统的水击现象是一种典型的有压管道非恒定流问题。水锤引起的压强升高，可达管道正常

压强的几十倍至数百倍。另外，还会使管内出现负压。压强大幅波动，可导致管道系统强烈振动、产 声，造成阀门破坏、管件接头破裂、断开，甚至管道炸裂等重大事故。湖南华能岳阳电厂引进英国GEC公司2台362．5MW机组。自机组调试、移交生产以来，高、低压给

水系统多次发生水击现象，其中3台次造成停机，给电厂带来很大的经济损失。高压给水系统两次水击事

故造成停机均发生在 2号机组。第一次发生在机组调试阶段，第二次发生在带负荷 340MW运行时，锅炉

压力161MPa，给水压力191MPa，5号高压加热器水位趣高，激发6号高压加热器给水自动跳旁路，紧接

着给水泵母管压力急剧波动，产生水击。引起锅炉给水管道大幅度摆动，部分吊架拉坏，给水流量取样管

拉断2根，给水疏水管拉断3根，水大量外喷，水汽弥漫机房和锅炉区，机组被迫停运。.(1)安装水击消除器。当管路中压力升高时弹簧受到压缩，于是打开了水的通路，水被排出而泄压，因此降低了水击压力；

(2)在水泵出口处增设泄压阀，采用被动的泄压方法让水击产生的压力增值释放掉，从而达到保护

管道及水泵的目的；

(3)在循环泵前、后的管路之间安装止回阀的旁通管，可防止由于突然停泵引发的水击 ；

(4)可适当增设缓闭单向阀，延长阀全部关闭所需的时间；

(5)在较长管道中设置调压室，缩短管道长度，减小相长，可以缓和水击；

(6)在管系上按规定安装排气阀，避免管道产生集气；

(7)适当加大管径，限制管中流速可减小水锤强度。

4．2 建立安全操作规程

(1)合理延长管路阀门关闭时间，缓慢操作，禁止突然关闭阀门；

(2)水泵启动、停车前完全关闭出水阀门；

(3)加强巡视，确保管道及设备工况良好；(4)完善管理制度和严格执行操作规程、及时维修排除管系运行故障。结语

压力管道系统的水击现象是难以避免的，水击的危害性很大，为此在设计上考虑水击作用的影响是很

有必要的。另外，很多事故是由于现场水泵或阀门操作不当造成的，因此管理、操作人员要严格执行操作

规程，将水击发生的频率和水击所造成的损失降至最低。3．2 流体脉动

由于旋转机械的吸液或排液的周期性、间歇

性，因而管内流体的速度忽快忽慢，压力忽高忽低，形成 了一种不稳定的状态。

本文所述蒸汽管道发生振动的主要原因，是高 速流动的蒸汽在流经截止阀及其后弯头时产生涡 流而形成激振引发振动．

给 水 泵 转 动 时产 生 的振 动 传 递 到 相 连 的 蕾道 上，属 于振动潭的传 递 }②省煤嚣人 口主培水蕾道攮 动，特 别是 在 机组 带 32％左 右 负 荷 时，攮硇 时问222222222 长、频 率 高、振幅 大，而在 带 满负 荷 时 情 况 尚好，这 是 由 于 介 质 扰 动、剧 烈 的 紊 流 引起 的振 动。(2)培 茎

票篙

羹

主萎 的固定支架及限位支架少；②部分支吊架松脱、跨 落或失去作用，使个别支吊点失重，流体的冲击造 成管道失稳晃动；③管道布置不顺畅，流体阻力 大。(3)高压加热器琉水管道的振动。①高压加热

器疏 水 管 道 上 的 琉 水 阀选 型时，流量 系 数计 算 有 误，琉 水 闷 通 径 选择 偏 小，工 质 流速 过 高，快 开 的疏 水 闷使 工 质 产 生二 相 流，引起 “汽锤 或 水 锤 ：

(2)管 道 布 置 中采 用 的 弯 头 较 多，柔 性 过 大，增 加 了

流 体 对 管 道 的 激 扰 力，流 体 变 化 频 率 和 管 道 白振

3．4 汽液两相流

流体静管路尤其是节流元件时，其压力由于 沿程摩擦阻力或局部阻力而逐渐地下降。如果液体 压力降到饱和压力以下，这时部分液体就会汽化，产生汽泡就会破灭。当流体压力继续降低时，汽化和气体的比率将不 断增高，就会形成各种各样的汽液两相流。在摩擦损 失比较大的长管线上，压力变化大，会有振动的发生。

4、振动消除的办法

针 对 所 确 定 的 管 道 振 动 原 因，采 取 以 下 有 效

措 施 ：(1)在 管 系 适 当 位 置 设 置 刚 性 约 束，如 固 定 支

架、导 向 支 架、滑 动 支 架 或 限 位 装 置，必 要 时 设 置

减 振 器 或 阻 尼 器 ；(2)尽 量 将 转 动 设 备 产 生 的 振 动

与 管 道 隔 绝 开，以 使 管 道 不 受 外 界 振 动 力 的 激 扰 ：

(3)消 除 振 源，即 消 除 管 系 的 激 扰 力，如 在 管 路 中 设

置集 箱、空腔 缓 冲 器、滤 波缓 冲器 或 蓄 压 缓 冲 器

等，布 置 中 尽 量 少 用 弯 头、变 径 管 等 ；f4)准 确 选 取

节 流减 压 阔件，如 疏水 阔、节 流 阀、调 节 阔等，使介

质 流 动 顺 畅 ；(5)蒸 汽 管 道 的 布 置 要 尽 可 能 增 加 坡

度，使 疏 水 通 畅，尽 量 不 要 出 现 U 型 段，形 成 积 水。

造 成 水 击 振 动。3．3 合理设计管道系统

(1)管道系统。基频共振振幅最大，高阶共振的振幅较小，所以避开低频

振是解决问题的关键。目前的作法有调整管 道的走向、支承位置、支承结构及管道结构尺寸等，将系统的固

有频率调高到激振力主频率的2．8 3．0倍以上。在工程中，由

于现场条件和工艺条件的限制，管道的走向和结构尺寸无法改

变，只有通过改变约束条件来改变系统的固有频率。

(2)应避免管道弯头急转弯。在压缩机管系的运行中，其

激振力主要产生于弯头和异径管的接头处，因此在管道的安装

中应辱量减少弯头的使用，使管道走向平直以减少激振力数

目，又因弯管处的激振力与转弯之角度相关，这是由于弯头处

弯管角越大则脉动压力引起的交变力越大，产生较大的管道振

动激振力，故减小转弯角度可以增强减振效果。

(3)消减液击。主要方法是缓慢关闭阀门，根据工艺要求，尽可能缩短管道的长度 ；在管道靠近液击源附近设安全阀、蓄

能器等装置，以释放或吸收液击能量。产。l 2消振措施

2．1在振动的管道上设置支撑

根据无阻尼强迫振动方程式 ：m+kx：

Fosm ∞t。其中m和k值与管系的形式有关，根据固有频率的定义式 ：【o

当作用于管道上的激振频率等于或接近

于固有频率 ∞时就会产生共振，要避开共振区

必须使∞增大或减小，增强管道结构的刚性 k 值或减小系统质量 m，频率(o就会有所变化，现场一般采取调整支撑或加固管道的办法来

增强刚性k值。事例：某钢厂空压站内装设了

4台日本二手空压机设备机组，空压机形式为

对称平衡式，铭牌出力为5t．2m3／min，排气压

力为 0．85MPa，其中 l#、2# 机组功率为

250kW，3#、4# 机组功率为 240kW，在空

压机试运转时，由于当时空压机的二级缸出口 至后冷却器之间的管段缺乏牢固的支撑，结构

固有频率则较低，以至此管段出现了较大的振

动，当达到位移共振频率时，振幅约 40ram。

通过对振动情况进行了系统的分析，认为改变

管道的刚性k值与质量 m的比值，使固有频率

得到变化，是减小振动的有效措施。因此，为

了增加管道结构的刚性，在几个关键点处做了

2．2改变支架的形式

当动力管道发生振动时，采取改变支架形 式的作法是解决管振 问题 的方法之一。例 如：在解决某厂空压站管道振动问题时对原有 的支架形式做了改变，其方法就是在支座与管 道之间或两两0性件的接触面之间增加 了厚度 大于 5mm 的橡胶垫片，这种垫片具有弹性承 载能力和能量消散能力，提高抗扭性，缓冲了 传到生根部位的外来激振力，在结构上起到补 偿作用。当某厂空压站 出现管道振动时，采 用了这种弹性支架形式，其结果减少了振动，降低 了噪音，收到了比较好的效果。

止凝结水管道内流体瞬变引起的振荡运动。但这

种减振措施，要求在机组停运的条件下才能实施。

为避免非计划停机所引起的巨大经济损失，同时

又将凝结水管道振动减小到不影响机组安全运行的状态，采取 了不停机限振措施。这些减振措施

是 ：(I)调整管道支吊架的松紧度，使其受力分配

合 理；(2)机组低负荷小流量运行时，打开凝结水

泵再循环门，进行分流调节；(3)在管道的某些特

殊部位增加支撑，以约束管道 由于振 动而引起的有害变位。但采取这种措施需对管道系统进行全 面的受力分析，并充分考虑管 道在 各种状 态(如

冷态、热态)下 的变位情况，杜绝不 当的限振措施

对管道产生附加危害。为此在管道上增设 了一个

水平活动支撑，有效地限制了管道的水平变位。2．3合理的管道布置

合理的布置动力管道也是消振的重要部

分。发生振动的主要原因是在管道内有脉动的激振力，但是同样的激振力也可以引起不同的振动，这取决于管道的设计与安装。激振

力主要产生在弯头处和异径管接头处，因此，在配管设计时尽可能减少弯头，加大管道转角

弯曲半径，可以消减振动。另外，空压机吸、由本文计算结果可以看出，水锤能激发管系

很大的振动响应，对于关键的动力管道系统，必须

在工程设计中考虑采取合理布局、扩管减速、安装

减振器等措施降低水锤的危害。对于已有的管系，可按如下方法控制水锤的有害影响：(1)补水稳

压，防止产生水柱分离或升压过高的断流弥合水

锤，如可采用调压塔等；(2)泄水降压，避免压力

陡升，如可采用水锤消除器、缓闭止回阀、设置旁

路等；(3)采用管道减振器(snubber)或液压式阻

尼器。

第二篇：核电站管道振动测试与征求意见稿（精选）

《核电厂常规岛设备老化状

态与寿命评估标准》

（征求意见稿）

编制说明

苏州热工研究院有限公司

2012年5月

目 录

1.工作简况.....................................................................................................................................1 1.1任务来源............................................................................................................................1 1.2工作简要过程....................................................................................................................1 1.3主要参编单位和工作组成员............................................................................................1 2.标准编写原则和主要内容.........................................................................................................1 3.主要试验验证情况和预期达到的效果.....................................................................................2 4.与现行法律、法规、政策及相关标准的协调性.....................................................................2 5.贯彻标准的要求和措施建议.....................................................................................................2 6.代替或废止现行标准的建议.....................................................................................................2 7.采用国际标准和国外先进标准情况.........................................................................................2 8.标准名称与计划项目名称发生变化的主要原因.....................................................................2 9.重要内容的解释和其它应予说明的事项.................................................................................2

I

1.工作简况

1.1任务来源

根据国家能源局《国家能源局关于核电标准修订计划的通知》（国能科技〔2011〕48号），《核电厂常规岛设备老化状态与寿命评估标准》由核工业标准化研究所归口。

本标准是核电厂常规岛及BOP标准体系中运行与维护类标准。1.2工作简要过程

大亚湾核电厂、秦山核电厂等依据国际上成熟的方法开展了核电厂关键设备的老化状态和寿命评价工作，其中常规岛的设备是重要的组成部分。项目组成员均从事过核电厂系统、构筑物和部件（SSCs）的老化管理研究工作，并参与核电厂重要设备的老化状态和寿命评估，熟悉设备状态评估和寿命评估的方法、流程等。

本标准在制定过程中，引进、消化和吸收了国际原子能机构（IAEA）、美国核管会（NRC）的相关成果，并对国内核电厂的常规岛设备寿命评估工作进行了调研、分析，参考国内火电厂机组寿命评估方法，制定适用于核电厂常规岛设备老化状态和寿命评估的编制指南，形成本标准的初稿。1.3主要参编单位和工作组成员

本标准由苏州热工研究院有限公司编制。标准编制工作组成员包括：  苏州热工研究院有限公司：负责调研国内外相关文献，编制标准草稿、征求意见。

参编人员：薛飞、遆文新、余伟炜、王勇、黄磊、刘啸天；

 其他单位：负责完善设备老化状态和寿命评估方法，并对标准结构、内容进行校核、审核。参编人员待定。2.标准编写原则和主要内容

国际原子能机构（IAEA）自上世纪80年代已开始关注核电厂老化管理方面的工作，并陆续初版了一系列相关法规导则、标准、技术报告等文献，极大的促进了成员国核电厂老化管理工作的开展。常规岛设备的老化状态和寿命评估工作也得到了极大的重视和发展，并逐渐体系化。在标准编制过程中参考了IAEA、美国NRC等机构发布的其它报告，如NRC出版的NUREG 1801 GALL报告。

目前，国内尚没有关于核电厂常规岛设备老化状态和寿命评估的国家或行业标准，本标准是新编行业标准（推荐）。

在借鉴NRC工作成果基础之上，参考国内已编制的国家推荐标准编制《火电机组寿命评估技术导则》，编制组确定的编制原则是：

 标准应具有先进性和可操作性；

 促进国内核电厂老化状态和寿命评估的规范化；

 有利于指导国内核电厂开展设备老化状态和寿命评估工作。本标准制定的主要内容包括两方面：

 确定常规岛设备老化状态和寿命评估需要的设计参数、运行参数以及检查

数据等；

 确定用于压水堆核电厂常规岛设备老化状态和寿命评估的指导性方法（如准则、规范、内容要求等）。

3.主要试验验证情况和预期达到的效果

本标准无试验验证情况。

本标准的制定，预期达到的效果：

 为国内核电厂进行常规岛设备老化状态和寿命评估提供行业指导性文件；

 为国内核电厂常规岛设备老化状态和寿命评估提供规范性和指导性方法，最终达到保证电厂安全、稳定运行的目的。

4.与现行法律、法规、政策及相关标准的协调性

本标准主要以NUREG-1801《通用老化经验报告》、IAEA-TECDOC-540《核电厂老化的安全问题》中的内容为指南性文件，同时参考了国家推荐标准《火电机组寿命评估技术导则》中的部分内容。5.贯彻标准的要求和措施建议

本标准为行业推荐标准。

贯标的对象主要是核电厂营运单位、监管单位等。可采取会议、集中学习或网上宣传等贯标措施。

6.代替或废止现行标准的建议

本标准为新编行业标准（推荐），无。

7.采用国际标准和国外先进标准情况

无。

8.标准名称与计划项目名称发生变化的主要原因

无。

9.重要内容的解释和其它应予说明的事项

本标准是运行与维护类标准，给出了核电厂常规岛设备老化状态和寿命评估方法指南。

第三篇：火力电厂蒸汽、给水四大汽水管道材料选择

火力电厂蒸汽、给水四大汽水管道材料选择 【摘要】四大汽水管道是电厂系统的重要组成部分，管道材料的机械特性和高温性能将直接影响电厂机组的性及今后运行的可靠性。本文以杨凌发电厂为例，通过分析论证，结合四大汽水管道材料和应用的现状，提出该工程推荐的四大汽水管道材料并进行规格优化选择。

【关键词】主蒸汽管道；再热蒸汽热段管道；再热蒸汽冷段管道；高压给水管道；材料选择

【Abstract】Four pipeline is an important part of power plant systems, piping materials, mechanical properties and high temperature performance will directly affect the economics of power plant units and future operating reliability.In The article, Yangling power plants, for example, through analysis and demonstration, combined with the four soft drinks pipe materials development and application of the present situation of the project recommended by the four soft drinks a specification pipe materials and optimizing selection.【Key words】Main steam pipe;Reheat steam heat section of pipeline;Reheat steam cooling section of pipeline;High-pressure water supply pipe;Material selection

1.前言

近年来, 由于电力体制改革的不断深化, 促使火力发电厂必须大力降低发电成本才能在激烈的市场竞争中占有一席之地, 随着技术的进步, 越来越多的新材料新工艺不断涌现, 也给发电厂进一步降低发电成本提供了客观条件。为此, 在火力发电厂的设计中,四大汽水管道管材的优化设计,使火力发电厂的经济指标更加先进、完善、可靠, 从而减少工程造价, 有效地降低发电成本, 为电厂竞价上网创造有利条件。

材料的发展水平决定了不同时期火电机组的运行参数。在上一世纪20年代由于使用碳钢，蒸汽压力和温度分别为4MPa和370℃，随后Mo钢的出现使参数提高到了10MPa和480℃，到了50年代，CrMo钢的应用进一步将蒸汽参数提高到了17MPa和566℃的最高水平。直到1965年，主机的主流运行参数保持在17MPa和525℃，到70年代中期发展到超临界参数24MPa/538℃/566℃。可以说，电力技术的发展在很大程度上取决于材料技术的发展

本文将针对杨凌发电厂热电联产2X330MW亚临界供热直接空冷机组四大汽水管道设计参数的确定及材料选择进行分析论证。

2.工程主机设备情况

三大主机设备分别按照东方锅炉（集团）股份有限公司、哈尔滨汽轮机厂有限责任公司和哈尔滨电机厂有限责任公司产品设计。锅炉和汽轮机主要技术参数如下：

2.1 锅炉

过热蒸汽：最大连续蒸发量：1155t/h

出口蒸汽压力： 17.5 MPa.g

出口蒸汽温度： 541℃

再热蒸汽：蒸汽流量：2469.16t/h

进/出口蒸汽压力：3.927/3.613 MPa.g

进/出口蒸汽温度：327/541℃

2.2 汽轮机

额定功率（TRL工况）： 330MW

最大功率（VWO工况）： 370.591MW

VWO工况参数：

主蒸汽压力： 16.7MPa.a

主蒸汽温度： 538℃

主蒸汽流量： 1155t/h

再热蒸汽压力： 3.613MPa.a

再热蒸汽温度： 538℃

3.四大汽水管道设计参数

4.四大汽水管道材料选择

4.1 主蒸汽管道材料选择。

原电力部有关部门曾于1994年召开了“九?五”期间火电站管道管件规格化会议，提出了“九?五”期间火电站主要汽水管道规格，其中300 MW机组主蒸汽系统主管推荐采用A335一P22管材。此后国内300 Mw机组工程大多照此选用，有关厂家也按A335一P22钢材管道规格研制开发了配套管件。已投运的300 MW机组，如井冈山华能电厂、丰城电厂的主蒸汽管道、再热蒸汽热段管道均使用了A335一P22管材。

A335一P91钢属改良型9Cr一1Mo高强度马氏体耐热钢。由于P91钢材具有高温强度高、高的抗氧化性能和抗高温蒸汽腐蚀性能等特点，80年代开始已被英、美、德等国广泛应用在电站设备上。在1994年电力部火电站管道会议上，西安热工所和国电公司电力建设研究所曾对P91钢材性能进行了介绍，会议纪要中也建议有关部门加快进行P91钢材管道和管件的国产化工作，并建议尽快在300 MW~600 MW机组上进行试点，以积累经验。我国从九十年代初开始，逐步使用A335-P91作为电站主蒸汽管道、再热蒸汽热段管道的材料，如珞璜电厂、鸭河口电厂、西固热电厂、杨柳青电厂、邯峰电厂、准格尔电厂等。

P91钢材比P22强度高，且其强度随温度升高下降较少，在20℃ 时，P91钢材抗拉强度比P22钢材高41．6％ ；在538℃时，P91钢材的许用应力却比P22钢材高83．3％。正是由于P91钢材在高温下具有比P22钢材高得多的许用应力。使得其用作主蒸汽管道时壁厚比采用P22钢材薄得多。这是P91钢材在大机组上应用越来越广泛的主要原因

主蒸汽管道采用P91与采用P22钢材的初步比较,主蒸汽管道采用P22材质时，主管规格为ID368×82，支管规格为ID273×62.23；采用P91材质时，主管规格为ID368．3×40，支管规格为ID273×30。对比可知，主管道壁厚减薄了42mm，减薄率为51．2％ ；支管道壁厚减薄了32．23mm，减薄率为51．8％。管道总重大大减少，管道总重比P91／P22=1／2．18。

目前，随市场价格的波动，两种管材单位重量价格比P91／P22约为1．4～1．95，由于管道总重减少的数量超出了价格增长的影响，因此，主蒸汽管道采用P91是的。按照2002年火电工程限额设计中价格，P91钢材单价为49 000元／t，P22钢材单价为3 4808元／t，本工程主蒸汽管道约为180 m，采用P91钢材后钢管总重减少约90 t，费用减少约204．7万元。

另外，因管道壁厚较薄，管道对设备接口的推力和力矩可以减小。同时，由于减轻了管道重量，支吊架荷重相应减小。不但节省支吊架造价，相应的管道安装费用、土建费用也会节省。

4.2 再热蒸汽热段管道管材选择。

再热热段管道属于大管径薄壁管，如果采用P91管材，本就较薄的壁厚就会更薄。由于管壁太薄，从安全角度出发，壁厚的实际取值比计算值要大许多，这样一来，与P22进行综合比较，采用P91管材经济性较差。再热热段管道采用P22材质时，主管规格为ID635×31，支管规格为ID508×)24．8；采用P91材质时，主管规格为OD727．96×21．03，支管规格为OD632．97×17．98。对比可知，主管道壁厚减薄了10 mm，支管道壁厚减薄了6.8 mm，管道总重变化不大，管道总重比P91／P22=1／1．39，远大于价格比，因此仍推荐采用P22管材。

4.3 再热蒸汽冷段管道管材选择。

原电力部有关部门“九?五”期间火电站管道管件规格化会议提出，根据300 MW机组使用的经验，再热蒸汽冷段采用A672B70CL32电熔焊钢管替代A106B无缝钢管，同样可满足技术要求。冷段主管采用A672B70CL32有缝钢替代A106B无缝钢管。有缝焊接钢管比A106B无缝钢管便宜很多，为无缝钢管的1／3左右。有缝焊接钢管的壁厚偏差小于无缝钢管，其质量不亚于无缝钢管。因此，再热器冷段采用A672B70CL32电熔焊钢管是经济的

4.4 高压给水管道管材选择。

高压给水管道通常使用St4518／11I管材，本工程优化为15NiCuMoNb5。主管道规格由406．4×50改为 355.6×25，支管道规格由298．6×36改为244．5×20。15NiCuMoNb5与St4518/ Ⅲ的弹性模数及线膨胀系数十分相近, 但15NiCuMoNb5 的许用应力远大于St4518/Ⅲ, 因此, 高压给水管道采用15NiCuMoNb5时, 管道壁厚可以减薄50 % , 管道本身金属及支吊架材料用量可大为节约, 经济上更合理, 可以有效的降低工程造价。因此高压给水管道管材采用15NiCuMoNb5。

湖南益阳电厂一期、陕西蒲城电厂一、二期工程均使用了这种钢材。

5.小结

通过上述技术经济比较，杨凌发电厂工程主蒸汽管道采用P91管材，再热蒸汽管道热段沿用“95”管材A335P22、冷段采用电熔焊钢管A672B70CL32，高压给水管道采用15NiCuMoNb5管材，既能保证工程质量又可以降低工程造价。 〔1〕

《火力发电厂设计技术规程》DL5000-2000

〔2〕

《火力发电厂汽水管道设计技术规定》DL/T5054-1996

该文章转载自

第四篇：核电站管道振动测试与征求意见稿

《核电厂汽轮机转子寿命预测及寿命计算

方法导则》

（征求意见稿）

编制说明

苏州热工研究院有限公司

2012年5月

目 录

1.工作简况.....................................................................................................................................1 1.1任务来源............................................................................................................................1 1.2工作简要过程....................................................................................................................1 1.3主要参编单位和工作组成员............................................................................................1 2.标准编写原则和主要内容.........................................................................................................1 3.主要试验验证情况和预期达到的效果.....................................................................................2 4.与现行法律、法规、政策及相关标准的协调性.....................................................................2 5.贯彻标准的要求和措施建议.....................................................................................................2 6.代替或废止现行标准的建议.....................................................................................................3 7.采用国际标准和国外先进标准情况.........................................................................................3 8.标准名称与计划项目名称发生变化的主要原因.....................................................................3 9.重要内容的解释和其它应予说明的事项.................................................................................3

I

1.工作简况

1.1任务来源

根据国家能源局《国家能源局关于核电标准修订计划的通知》（国能科技〔2011〕48号），《核电厂汽轮机转子寿命预测及寿命计算方法导则》由电力行业核电标准化技术委员会归口。

本标准是压水堆核电厂常规岛及BOP标准体系中运行与维护类标准。

1.2工作简要过程

汽轮机转子式核电厂常规岛设备的关键部件，是汽轮机和发电机之间的连接纽带，转子的寿命很大程度上决定了汽轮机的寿命，大亚湾核电厂目前已开展过汽轮机转子的寿命计算工作，依据国内外相关的文献对电厂汽轮机转子进行寿命评估。项目组成员均从事过火电厂、核电厂汽轮机转子寿命预测工作，熟悉国内外汽轮机转子寿命预测的流程、方法等。

本标准在制定过程中，引进、消化和吸收了美国电力研究协会（EPRI）的相关成果，并对国内核电厂的常规岛设备寿命评估工作进行了调研、分析，参考国内火电厂汽轮机转子寿命预测，制定适用于压水堆核电厂汽轮机转子寿命预测及寿命计算方法的编制指南，以制定汽轮机转子寿命预测与寿命计算方法为目的，形成本标准的初稿。

1.3主要参编单位和工作组成员

本标准由苏州热工研究院有限公司编制。标准编制工作组成员包括：  苏州热工研究院有限公司：负责调研国内外相关文献，编制标准草稿、征求意见。

参编人员：郭迪、王兆希、张国栋、薛飞、遆文新、李玲、龚明祥；  大亚湾核电运营管理有限责任公司：负责调研国内外相关文献及运行经验反馈，编制标准草稿、征求意见。参编人员：黄祥君

 河南电力试验研究院：负责调研国内外相关文献及运行经验反馈，编制标准草稿、征求意见。参编人员：蔡红生

 深圳市广前电力有限公司：负责调研国内外相关文献及运行经验反馈，编制标准草稿、征求意见。参编人员：李锦峰 2.标准编写原则和主要内容

我国对汽轮机转子的寿命管理起步于八十年代中期，对国产30CrMoV转子钢的低周疲劳特性和脆变转化温度作了试验和测定，用离线方式考核汽轮机转子的热应力及疲劳寿命，1989年能源部下达“汽轮机转子寿命的监测”课题，编制了汽轮机转子寿命库管理系统。西北工业大学在转子寿命研究方面，引入随机疲劳损伤正则化因子的概念，建立了一种能满足自治条件的概率性疲劳损伤准则，进行了疲劳寿命预测方法的试验验证及其参数系统的分

析，还建立了随机载荷下裂纹扩展统计特性的模型。

目前，火电厂汽轮机组转子寿命预测方法较为成熟，但对于核电机组，由于核电机组运行参数及运行工况的不同，核电汽轮机转子的寿命评估还需要进一步的完善。国内外汽轮机转子寿命评估比较普遍的方法是有限元建模，利用有限元分析软件建立转子准确几何模型，对冷启动、热启动、紧急停机、正常运行等典型工况进行温度载荷、离心载荷和接触载荷耦合作用下的有限元应力分析，形成转子高应力集中的关键部位应力清单及静态强度安全系数清单，结合转子的材料性能，利用疲劳损伤累积法则（Miner法则）进行转子的寿命预测。

在借鉴EPRI工作成果基础之上，参考国内已编制的国家推荐标准编制《火电机组寿命评估技术导则》，编制组确定的编制原则是：

 标准应具有先进性和可操作性；

 促进国内核电厂汽轮机转子寿命预测及计算方法的规范化；  有利于指导国内核电厂开展汽轮机转子评估工作。本标准制定的主要内容包括两方面：

 确定汽轮机转子寿命预测及寿命计算需要的设计参数、运行参数以及检查数据等；

 确定用于压水堆核电厂汽轮机转子寿命预测及寿命计算的指导性方法（如准则、规范、内容要求等）。

3.主要试验验证情况和预期达到的效果

本标准无试验验证情况。

本标准的制定，预期达到的效果：

 为国内核电厂进行汽轮机转子的寿命预测提供行业指导性文件；  为国内核电厂汽轮机转子寿命预测及寿命计算提供规范性和指导性方法，最终达到确定电厂汽轮机转子剩余寿命，保证电厂安全、稳定运行。

4.与现行法律、法规、政策及相关标准的协调性

本标准主要以EPRI研究报告TR-101333、TR-103619中的内容为指南性文件，同时参考了国家推荐标准《火电机组寿命评估技术导则》中第10节的部分内容。

5.贯彻标准的要求和措施建议

本标准为行业推荐标准。

贯标的对象主要是核电厂营运单位、监管单位等。可采取会议、集中学习或网上宣传等贯标措施。

6.代替或废止现行标准的建议

本标准为新编行业标准（推荐），无。

7.采用国际标准和国外先进标准情况

无。

8.标准名称与计划项目名称发生变化的主要原因

无。

9.重要内容的解释和其它应予说明的事项

本标准是运行与维护类标准，给出了压水堆核电厂汽轮机转子寿命预测及寿命计算方法指南。

第五篇：多自由度系统振动分析典型教案

第2章 多自由度系统的振动

基本要点：

① 建立系统微分方程的几种方法；

② 固有频率、固有振型的概念以及固有振型关于质量和刚度矩阵的加权正交性； ③ 多自由度系统运动的解耦—模态坐标变换及运用模态叠加法求解振动系统的响应。

引言

多自由度振动系统的几个工程实例；多自由度系统振动分析的特点；多自由度系统振动分析与单自由度系统的区别与联系。

§2.1 多自由度系统的振动方程

 方程的一般形式：质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和激振力

§2.2 建立系统微分方程的方法

 影响系数：刚度影响系数、柔度影响系数

 刚度矩阵法、柔度矩阵法及这两种方法的特点；Lagrange方程法

§2.3 无阻尼系统的自由振动

 二自由度系统的固有振动：固有频率、固有振型。 二自由度系统的自由振动

 二自由度系统的运动耦合与解耦

 弹性耦合，惯性耦合；

 振动系统的耦合取决于坐标系的选择；  多自由度系统的固有振动

 固有振动的形式及条件：特征值、特征向量、模态质量、模态刚度；  固有振型的性质：关于质量矩阵和刚度矩阵的加权正交性；  刚体模态；

 运动的解耦：模态坐标变换（主坐标变换）。 多自由度系统的自由振动

§2.4 无阻尼系统的受迫振动

 频域分析：动刚度矩阵和频响函数矩阵，频响函数矩阵的振型展开式，系统反共振问题。

 时域分析：单位脉冲响应矩阵，任意激励下的响应，模态截断问题，模态加速度法。

§2.5 比例阻尼系统的振动

 多自由度系统的阻尼：Rayleigh比例阻尼。 自由振动

 受迫振动：频响函数矩阵，单位脉冲响应矩阵，任意激励下的响应。

§2.6 一般粘性阻尼系统的振动  自由振动：物理空间描述，状态空间描述。

 受迫振动：脉冲响应矩阵，频响函数矩阵，任意激励下的响应。

思考题：

① 刚度矩阵和柔度矩阵在什么条件下是互逆的两个矩阵？从物理上和数学两方面加以解释？

② 为什么说模态质量、模态刚度的数值大小没有直接意义？

③ 证明固有振型关于质量矩阵和刚度矩阵的加权正交性，并讨论其物理意义。④ 在实际的多自由度系统振动分析中，为什么要进行模态截断？

参考书目

1.2.3.4.胡海岩，机械振动与冲击，航空工业出版社，2002 故海岩，机械振动基础，北京航空航天大学出版社，2005 季文美，机械振动，科学出版社，1985。（图书馆索引号：TH113.1/1010）郑兆昌主编, 机械振动 上册 ,机械工业出版社，1980。（图书馆索引号：TH113.1/1003-A）

5.Singiresu S R, Mechanical vibrations，Longman Prentice Hall, 2004(图书馆索引号：TH113.1/WR32)