核電站循環水膠球泵管道振動原因分析與解決措施
核電站循環水膠球泵管道振動原因分析與解決措施，核電站1號機組常規島調試過程中，主給循環水膠球泵再循環和大循環管道都出現振動高情況，根據《DL/T1103-2009核電站管道振動測試與評估》標準進行計算評估，通過對管道振動根本原因分析并采取針對性措施，顯著改善了管道振動情況、使振動降低到合理水平，確保了系統和設備安全運行。
核電1號機組是全球臺采用AP1000三代核電技術的機組，主給水系統調試期間，主給水泵再循環和大循環管道振動測量結果未達到DL/T1103-2009合格標準。為解決該問題，進行了振動根本原因分析并采取針對性的降振措施，終治理效果達到預期。
1系統設計和管道振動評價標準
主給水系統設計參見圖1所示，主給循環水膠球泵組為3×33.3%配置。主給循環水膠球泵小流量運行時，再循環流量1100m3/h、再循環閥上游與節流孔板下游壓差約9MPa；大循環管道在機組啟動前二回路水質調整時投運，主給循環水膠球泵為大循環提供壓頭，大循環目標流量1700t/h，此時大循環閥前后壓差約8.3～8.8MPa。
一期調試期間，基于DL/T1103-2009標準評價管道振動水平，參見表1；測量振幅作為分析的輔助參數。實際執行時，通常在大峰值振速測量值大于1倍大峰值振速允許表1管道振動評價標準值(而不是標準推薦的2)時，出于保守考慮即采取降振措施。
大峰值振速測量值值(而不是標準推薦的2)時，出于保守考慮即采取降振措施。引起管道振動的因素很多，常見的有轉動設備作用在管道上的激振力、流體脈動產生的激振力、水錘、汽蝕、管道剛度不足等。調試階段發現管道振動問題時，應綜合考慮工程進度、費用、有效性等因素，避免盲目的對管道布置、或主要設備做大的改動，而是針對現象和數據進行根本原因分析，借鑒成功經驗，采取針對性強、工程量小的治理措施。
(mm/s) 振動品質 評定要求
0≤ 優秀 無
12.4< 合格 跟蹤
> 應評估 進行應力評價
> 不可接受 建議處理
2管道振動概況、分析與治理
2.1主給循環水膠球泵再循環管道
2.1.1振動概況
3臺主給循環水膠球泵再循環管道振動現象類似，以C泵再循環管道為例，測點1所在管段晃動幅度大、頻率低，測點3、4所在管段振幅較小、但振動頻率高，測點2處振動介于兩段水平管之間。從改造前振速測量結果來看，3、4點振速接近、甚至超過1倍限值。管道布置參見圖2、振動數值參見表2。
2.1.2根本原因分析
先，對管道支吊架安裝情況進行仔細檢查，發現并處理了部分吊架吊桿彎曲未受力、限位支架的限位間隙偏大等問題。這類問題對管道振動有一定的負面影響，但從振動狀態看并非主要因素。
二步，結合運行現象分析引起管道振動的主要成因�，F場觀察發現，再循環調節閥前后管段振動為劇烈，離調節閥較遠的管段振動趨緩；真空除氧器內部為常壓時，調節閥區域能聽到間歇性噼噼啪啪的噪音，而隨著給水溫度升高、真空除氧器內部壓力升高后，噼噼啪啪的噪音減弱甚至消失。分析認為，在給水溫度和真空除氧器壓力較低時，流體經過閥門時的激振力、以及部分流體汽蝕引起管道振動；而閥門背壓升高后，主要為激振力引起管道振動。閥門處激振力傳遞給上游管段，而測點1處水平管段僅有吊架設計、柔性大，且設計有流量孔板、也存在一定的節流效果，共同作用下該段管道呈現晃動幅度大、頻率低的振動特點。
三步，分析系統設計和設備選型是否合理。系統設計已考慮調節閥上下游壓差大、容易汽蝕這一情況，因此在閥門下游設計節流孔板，將閥門出口壓力提升了約0.83MPa；同時調節閥選型時，選用了梅索尼蘭VRT多級扛汽蝕閥籠、且計算確認正常使用工況下不發生汽蝕。故系統設計和閥門選型合理，不作進一步的優化。
四步，分析管道支撐改進的必要性，并采取合理措施。國內核電廠常規島工藝管道設計時為了盡可能不限制管道正常運行時的熱膨脹，管道支撐多選用彈簧或剛性吊架，管道柔性大，主給水再循環和大循環管道也都呈現這樣的特點。在激振力較大時，柔性管道出現了明顯的振動問題，有必要采取措施改進管道支撐設計。
2.1.3改進措施
再循環管道實施了兩次管道支撐的改造，參見圖2，改造效果參見表2。
一次改造：在小流量閥前增加了Y向液壓阻尼器，不增加管道應力、不限制管道熱膨脹，且能耗散掉掉部分振動能量。從測振結果來看，靠近閥門的測點Y向振速下降31%～42%、但X或Z向振速升高；測點1振動改善效果不明顯。
二次改造：考慮繼續引入阻尼、消除X/Z向振動能量，鑒于現場空間有限，決定增加一臺RRD300粘滯式阻尼器，可以在所有自由度上起到阻尼減振作用。同時采取措施增大管道剛度：測點1所在水平管段柔性偏高，增加雙徑向限位支座；修改小流量閥后普通限位支架，改為雙徑向限位支座，限位能力加強。從測振結果來看，管道各測點的振幅和振速進一步降低，滿足振速驗收標準。
2.2主給循環水膠球泵大循環管道
2.2.1振動概況
二回路水質調整時采取多次間歇式大流量沖洗方式，目標流量1700t/h。次投運大循環時，流量800t/h時管道振動開始加劇且繼續升高趨勢明顯、完成1個點的振動測量；流量勉強提升到1300t/h時管道振動非常劇烈、以至于無法保持流量完成振動測量。大循環管道布置參見圖3，800t/h工況下振動測量值參見表3。
2.2.2根本原因分析
一步，檢查并處理了吊架吊桿彎曲未受力、限位支架的限位間隙偏大等問題。
二步，結合運行現象分析引起管道振動的主要成因。大循環調節閥前后管段振動大、且噪音明顯；隨著流量的升高，管道振動更趨劇烈，初步懷疑閥門處發生汽蝕。經核實，大循環調節閥選用了普通閥籠，對試驗工況下進行計算、確認發生汽蝕。流體經過閥門的激振力、以及閥門處發生汽蝕，是引起管道劇烈振動的主要因素。
三步，分析系統設計和設備選型是否合理。汽蝕是管道振動的重要成因，如選用CAV-III扛汽蝕閥籠能降低或消除汽蝕，但選型設計、制造和運輸保守周期需要一年時間，該方案不可行。在維持當前閥門選型的前提下,考慮在閥門下游增加節流孔板、提高閥后壓力，從而減少汽蝕的影響。
四步，分析管道支撐改進的必要性和可行性。與再循環管道分析與處理思路一致，應增強管道剛度，同時引入阻尼器在所有自由度上起到阻尼減振作用。
2.2.3改進措施
大循環管道實施了兩次改造，參見圖3，改造效果參見表3。
一次改造：
(1)在調節閥下游增加了4級節流孔板、靠近凝汽器處增加了單級節流孔板，在目標流量下將閥后壓力提高到3MPa。經核算，1400t/h以上流量閥門不發生汽蝕或閃蒸。
(2)為增加管道剛度：
①調節閥前彎頭處增加支撐;
②將閥前普通導向支架修改為管部雙徑向限位支座，限位能力加強;
③調節閥后彎頭下方豎直管剛性支架處增加雙徑向限位支座。
此輪改造后，大循環流量能提升到1300t/h，振動目視較改造前有改善、并且完成了振動測量工作；但繼續提升流量存在較大風險，新增節流孔板處振動較改造前增大。
二次改造：參考再循環管道改造經驗，在大循環管道振動劇烈位置安裝了4個RRD粘滯式阻尼器（圖示為部分管段），在所有自由度上起到阻尼減振作用。
兩輪改造完成后大循環流量順利提升到1700t/h，振動目視較之前平穩；從測振數據看，振幅均優秀，測點1、3振速合格，測點2振速超標。測點2振速超標，分析認為與采用普通閥籠相關；考慮到大循環僅在調試和機組啟動前水質調整時投運，使用頻率低，故調試階段不作進一步優化。
3結語
主給循環水膠球泵再循環和大循環調節閥前后壓差大、通過流量高，運行工況惡劣，同時管道柔性較大，這些因素共同促成主給循環水膠球泵再循環和大循環管道振動大問題。
在處理主給循環水膠球泵再循環和大循環管道振動問題過程中，采取了合理的分析方法，即：
(1)先檢查并處理不滿足設計要求的支吊架安裝問題，確�，F場安裝滿足設計要求。
(2)結合運行現象分析引起管道振動的主要成因。
(3)分析系統設計和設備選型是否合理。
(4)分析管道支撐改進的必要性�；谶@種基本的分析思路，采取有針對性的治理措施，成功地將管道振動降低到合理水平。
對于還在設計階段的核電項目，可以從所述案例中吸取經驗，在系統和管道布置設計、閥門選型早期即采取措施避免管道振動。對于已在調試或運行的核電項目，也可借鑒所述分析和治理方法處理管道振動問題。
