核电厂重要仪表管线振动疲劳测试与治理

汤利专 刘晓龙 吴明星

摘 要：在核电厂内部设置中，管道系统是其中的重要组成部分。有很多重要的仪表管线振动，会直接关系到正常的核能发电。这些仪表管线可以更好的检测压力和流量等信息，也影响着反应堆、机轮机是否可以正常的进行运转。一旦这些仪表管线有所损坏，甚至断裂，这系列的事故将会破坏核电站的正常运行。截止目前，类似仪表管线振动的相关事故已经有过很多案例。对于重要仪表管线振动的正常运行进行防护非常有必要，提前进行疲劳测试和治理，有利于解决管道振动问题引起的一系列事故。

关键词：疲劳测试;治理;核电厂;仪表管线;振动

随着社会经济的快速发展，人们的生活水平在不断提高，社会的电力需求也在快速增加。核能的利用也开始被广泛重视，核电站的应用范围持续扩大。因为仪表管线振动问题的影响，限制了核电厂的正常运行。有效解决类似仪表管线振动问题，是核电厂要认真面对的一项挑战。下面通过分析核电厂仪表管线振动的成因，并对振动疲劳的测试标准和治理提出了相关建议。

一、核电厂仪表管线振动成因分析

（一）流体脉动和水锤冲击

核电厂中，为了完成流体的输送，需要泵的间歇性加压，不稳定的压力容易导致管道的脉动状态，管道进而形成激荡力，引起管道的振动。由于速度或者压力的不稳定，管道内的流体状态会呈现周期性变化。虽然流体脉动不会直接对管道产生影响，但是流体会经过调节阀、稳压器等设备，容易造成这些设备内部的损伤或疲劳，从而导致事故，不利于核电厂的正常运行;另外，在核电厂中，水泵、管道阀门因为开启或关闭时，在惯性的作用下，水流产生的巨大压力，会对管道内壁产生破坏作用。这种水锤冲击直接造成管道的振动，长此以往，容易造成意外停电，引起部分机械产生一系列的故障。

（二）旋转设备振动和气液两相流动

核电厂中，会普遍使用风机、发电机、汽轮机等，这些设备在运行中，内部部件的快速旋转是不可避免的，从而产生不同程度的振动。这些旋转设备虽然会在安全程度限制之内，然而运行中，设备轴承的磨损，制造过程中的误差等状况的出现，会引起旋转设备的振动超标，造成管道振动疲劳，甚至管道开裂等。还有在核电厂中，气液两相流动现象很普遍。在管道系统中，气体和液体两种流动介质会同时出现，这种混合物流动会与外界出现热交换，在热胀冷缩影响下，冲击到对应的管道，造成管道的振动。管道压力的变化又会使得流体进一步冲击管道振动。

（三）节流气板过度节流和自然因素

在核电厂管道系统中，节流气板利用增加系统阻力的形式对管道流体的流速进行控制，来确保管道系统的正常运行。由于节流气板设计技术还不够成熟，一些计算误差还会存在，从而引起节流气板过度节流，形成气蚀现象。这种现象产生的冲击力，可能会发生内部材料的疲劳脱落、小凹坑、孔洞等，引起管道振动现象。另外外界的自然因素也会导致管道振动，比如大风天气，室外的管道系统由于空气横流，引起管道内部流体的不对称旋涡，从而出现振动现象。又比如发生地震时，内部流体发生变化，会管道本身造成不同程度的振动，甚至导致管道支架和设施的坍塌损坏，造成管道更大程度的振动。

（四）一些人为因素

核电厂的规模比较大，所涉及到的管道系统也是非常复杂的。在管道系统的前期设计、安装施工中都存在着难度，一些施工操作失误、前期设计的不合理之处，都会成为管道振动的因素之一。局部引起的振动会通过相关的导向支架，迅速传递到整体系统，从而造成管道振动的疲劳，造成损伤或故障。另外这些支架如果因为摆放位置的偏差、支撑欠缺牢固度等，就会进一步扩大振动程度，不利于整体管道系统的运行。虽然人为因素概率较低，但由于各种复杂的状况，都可能会对管道系统造成危害。

二、核电厂仪表管线振动的标准与评估

（一）处理老化问题要求和环境要求

机械磨损和设备的循环操作都会影响到设备部件的寿命，无法避免。在评估设备老化处理要求时，如果没有确切数据证明磨损老化程度，就会在规定条件下根据次数运行进行老化评估。安全级数字化设备运行相对平稳时，就不存在明显老化，基本不用进行老化试验。设备所在的地区，如果累积辐射量不高时，可以不进行相应试验来评估辐射老化问题。核安全DCS的环境要求，对标RCC-E规范，有非常严格的环境要求。核电厂也会有不同的环境要求，核电标准的环境要求，并不是统一的，情况不同，要求也不会相同。但是应该要基本符合RCC-E中所规定的环境条件。

（二）理化性能检测和仪表管支撑的设置

核级仪表管的硬度一般小于等于85HRB为宜。可以针对炉批号、相同规格、相同制造工艺等方面进行取样，进行理化性能检测。对于其中的化学成分、力学和工艺性能、晶间腐蚀等作为检测项目。另外仪表管线的抗震性能要在安全级别。仪表管支撑的应用场合不同，需要的支撑性不同，比如固定点、滑动点的支撑。安全级仪表管线要符合相应的支撑作用，保证其性能。

（三）设备安装依据和要求

数字化仪表控制系统的安置要考虑可能会发生的不可抗力事件，比如，地震、其他非机械运动所造成的损毁，最好避免或者减少。这些系统一般在通风的设备间，环境比较温和，一旦发生不可抗力事件，就会造成工作效率失效。另外設备合理的选址，尽量避免风力、地震等影响，确保各种设备的质量，减少管道振动。设备安装要求都很严格，一定要根据实验报告规定来安装，如果安装不当，就会降低设备运行效率，远离原有目标。为了提高安装效率，安装时一定要运用模拟预期的方法进行位置调定，满足相关要求，从而进行有效缓解和控制。

三、总结

总之，核电厂的仪表管线振动原因是各种各样的，要想有效解决振动疲劳，就要明确了解相关原因，在管道系统的各个阶段都要严格注意。管线振动的预防工作、评估标准、合理应对，才能有效降低管线振动疲劳的影响，尽可能避免振动疲劳引发的损坏事故。应对仪表管线振动，要从管道系统生命周期入手，分析其原因，经过振动特性测试，针对性的采取相应措施，有效控制振动疲劳。

参考文献：

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