CN114252149A - 火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估方法，包括步骤：在高低加疏放水管道振动工况下，依据管道振动形态，确定疏放水管道振动疲劳薄弱部位；在振动疲劳薄弱截面上选取第一测点，同时在距离所述第一测点轴向长度为L处选定第二测点；在管道振动时，测量管道的振动频率，以及第一测点和第二测点的振幅，并计算两个测点的振幅差，同时记录导致管道振动的运行工况持续时间；计算管道损伤、管道累积损伤和管道剩余振动寿命。本申请评估简便快捷，测量精准，能够满足实际工程应用的火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估需求，有效地减少因管道开裂泄漏导致停机事故的发生，提高生产安全系数。

Description

火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估方法

技术领域

本发明涉及管道振动损伤评估技术领域，更具体地说，涉及一种火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估方法。

背景技术

火电厂高低加疏放水系统是汽水循环系统的重要组成部分，在机组启停机过程中，由于管内汽液两相流的存在，加上现场该类管道的结构布置特点，往往会有较为明显的低频高幅振动情况，会产生疲劳损伤。

在不改变系统特性的情况下，管道内部激振力无法消除，常规的加固管道可以降低管道振幅，但往往也会导致振动频率的提高，因而无法减少对管道的损伤。由于该类振动主要发生在机组启停机阶段，并不是持续性的振动，因而相关设计单位及电厂往往忽视了这类危害，极易造成因管道开裂而泄漏的停机事故。

因此，对上述管道的振动进行损伤评估及寿命预测十分重要。由于对考虑汽液两相流的管道振动模拟计算较为复杂，对技术人员的专业能力及计算设备的性能要求极高，通过取样进行疲劳试验的方法耗时费力，对现场结构也有破坏，上述方法均无法满足现场工程问题的快速处理及评估。

发明内容

本发明提供一种火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估方法，评估简便快捷，测量精准，能够满足实际工程应用的火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命的快速评估需求，有效地减少因管道开裂泄漏导致的停机事故的发生，有效地保证生产安全性。

本发明提供一种火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估方法，包括步骤：

在高低加疏放水管道振动工况下，依据管道振动形态，确定疏放水管道振动疲劳薄弱部位；

在振动疲劳薄弱截面上选取第一测点，同时在距离所述第一测点轴向长度为L处选定第二测点；

在管道振动时，测量管道的振动频率，以及第一测点和第二测点的振幅，并计算两个测点的振幅差，同时记录导致管道振动的运行工况持续时间；

根据公式计算管道损伤D_i：

；

式中，D_i为此次振动工况导致的管道损伤值；T_i为此次振动工况持续的时间；f为主要振动频率；ΔA为两测点振幅差；P为该运行工况下的管道内压；Φ为管道外径；r为管道壁厚；L为两测点间的直线距离；S_u为该运行工况温度下管道材料的屈服强度；E为该运行工况温度下管道材料的弹性模量；

根据公式计算管道累积损伤D：

；

n是指包括1及1以上的自然数；

根据公式计算获得管道剩余振动寿命t：

。

优选的，所述振动工况具体为启动和停机阶段的振动工况。

优选的，所述振动疲劳薄弱点具体为设备接口焊口或阀门连接焊口处。

优选的，所述第一测点与所述第二测点分布在同一直管段。

优选的，所述第一测点与所述第二测点之间无支吊点。

优选的，所述测量管道的振动频率、所述第一测点和所述第二测点的振幅利用位移传感器测量。

本发明所提供的火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估方法，具有如下技术效果：

1、本方法可以对火电厂高低加疏放水管道的振动损伤进行快速评估及寿命预测；

2、检测便捷高效，适用于现场工程问题分析处理；

3、有效地应用于管道减振处理效果评估，完善评估方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估方法的流程图；

图2为本发明所提供的火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估方法所应用的火电厂高低加疏放水管道的示意图。

其中，1-第一测点，2-第二测点。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估方法的流程图；图2为本发明所提供的火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估方法所应用的火电厂高低加疏放水管道的示意图。

本发明提供一种火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估方法，主要应用于火电厂高低加疏放水管道及其他类似管道系统，包括如下步骤：

步骤S1，在高低加疏放水管道振动工况下，依据管道振动形态，确定疏放水管道振动疲劳薄弱部位；

步骤S2，在振动疲劳薄弱截面上选取第一测点1，同时在距离所述第一测点1轴向长度为L处选定第二测点2；

步骤S3，在管道振动时，测量管道的振动频率f，并分别测量第一测点1和第二测点2的振幅A₁和A₂，计算两个测点的振幅差ΔA，其中，ΔA=∣A₁-A₂∣，同时记录导致管道振动的该运行工况的持续时间T_i；

步骤S4，按照以下公式计算该次工况导致的管道损伤D_i：

（1）

步骤S5，根据公式

计算管道累积损伤D，并根据公式

计算获得管道剩余振动寿命t。n是指包括1及1以上的自然数。

在步骤S1中，管道振动形态由工作人员观察和/或通过仪器检测获得，并可以结合管道模态分析结果，从而确定疏放水管道的振动危险部位，也即疏放水管道的振动疲劳薄弱部位，该疏放水管道振动疲劳薄弱部位优选为疲劳薄弱截面。

在步骤S2中，第一测点1的选取可以为振动疲劳薄弱截面上的任一点，第二测点2的选取以确定的第一测点1为基准，沿轴向向前或者向后的L长度处为第二测点2。

在步骤S4中，该次振动工况持续时间T_i单位为min，两测点的振幅差为ΔA，该运行工况温度下的管道内压P、管道材料的屈服强度S_u以及管道材料的弹性模量E的单位均为MPa，管道外径Φ、管道壁厚r以及两测点间的直线距离L的单位均为mm。

需要说明的是，本申请中的疏放水管道振动危险部位不仅限于振动疲劳薄弱部位，还可以为工作人员根据生产实践需要重点关注的部位。

本申请提供的火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估方法，适用于因管内汽液两相流导致的低频高幅振动损伤评估，依据测试管道的振动频率、振幅以及管道振动时间等指标，通过损伤评估公式，即可快速地计算出单次工况的损伤值，计算获得管道剩余振动寿命。或者通过查询以往类似工况的运行时间计算累积损伤值，并预测疲劳寿命。

上述振动工况优选为启动阶段和停机阶段，平稳运行阶段相较于启停阶段的振幅较小，不易于观察管道振动形态，因此选择启停阶段易于识别疏放水管道振动疲劳薄弱部位，确定的振动疲劳薄弱部位更加精准。

由于设备的连接端或者管道中间限位处附近的焊口处易产生疲劳损伤，由此本申请中的振动疲劳薄弱点优先选择设备接口焊口或者阀门连接焊口处。

另外，第一测点1与第二测点2优选分布于同一直管段，以确保计算的精准性。此外，第一测点1与第二测点2之间无支吊点。

在上述步骤S3中，测量管道的振动频率f、第一测点1和第二测点2处的振幅A₁和A₂均采用电测法。具体来说，利用位移传感器测得，也可以采用目测法评估，进行多次测量取平均值，以提高精度。

以下采用实施例具体说明。

针对火电机组厂高加事故疏水管道在机组启停机过程中存在明显的晃动状况，参考以往的事故案例，结合现场管道布置结构，初步判断疲劳薄弱点为高加结构接管座与管道连接焊口处。在疲劳薄弱截面上选择第一测点1，根据管道布置情况，选择在第一测点1正下方距离2000mm处布置第二测点2。在一次机组启机时，采用实施数据采集仪以及顶杆式位移传感器在第一测点1及第二测点2处进行管道振动测量。测试数据及查询所得的管道参数，如下表1所示，表1为计算参数表。

表1

将上述数据代入到管道损伤公式中计算得到：

；

查询历史运行数据，该机组投产15年，累积启停89次，根据启停机操作流程，一般 启机过程中，高加事故疏水开启运行300min左右，停机过程中高加事故疏水开启运行 120min左右。假定以往所有启停机阶段管道振动幅度基本一致，则根据Miner线性累积原理 计算可得：管道累积损伤

；预估管道振动状态下的剩余可运行寿命为

。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估方法，其特征在于，包括步骤：

在高低加疏放水管道振动工况下，依据管道振动形态，确定疏放水管道振动疲劳薄弱部位；

在振动疲劳薄弱截面上选取第一测点（1），同时在距离所述第一测点（1）轴向长度为L处选定第二测点（2）；

在管道振动时，测量管道的振动频率，以及第一测点（1）和第二测点（2）的振幅，并计算两个测点的振幅差，记录导致管道振动的运行工况持续时间；

根据公式计算管道损伤D_i：

；

式中，D_i为此次振动工况导致的管道损伤值；T_i为此次振动工况持续的时间；f为主要振动频率；ΔA为两测点振幅差；P为该运行工况下的管道内压；Φ为管道外径；r为管道壁厚；L为两测点间的直线距离；S_u为该运行工况温度下管道材料的屈服强度；E为该运行工况温度下管道材料的弹性模量；

根据公式计算管道累积损伤D：

；

n是指包括1及1以上的自然数；

根据公式计算获得管道剩余振动寿命t：

。

2.根据权利要求1所述的火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估方法，其特征在于，所述振动工况具体为启动和停机阶段的振动工况。

3.根据权利要求1所述的火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估方法，其特征在于，所述振动疲劳薄弱点具体为设备接口焊口或阀门连接焊口处。

4.根据权利要求3所述的火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估方法，其特征在于，所述第一测点（1）与所述第二测点（2）分布在同一直管段。

5.根据权利要求4所述的火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估方法，其特征在于，所述第一测点（1）与所述第二测点（2）之间无支吊点。

6.根据权利要求2所述的火电厂高低加疏放水管道振动损伤及寿命快速评估方法，其特征在于，所述测量管道的振动频率、所述第一测点（1）和所述第二测点（2）的振幅利用位移传感器测量。

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