【电力行业标准(DL)】 核电站管道振动测试与评估

ICS27.120
备案号：26343-2009
中华人民共和国电力行业标准
DL/T1103—2009
核电站管道振动测试与评估
Testing and evaluation of vibration in nuclear power plant piping system2009-07-22发布
中华人民共和国国家能源局
2009-12-01实施
范围…
2规范性引用文件·
3定义
管道振动分类及等级
5振动测试方法
6管道振动等级评定：
附录A（资料性附录）
附录B（规范性附录）
附录C（规范性附录）
附录D（规范性附录）
附录E（资料性附录）
测试设备指南·
测试设备要求
峰值速度判据
交变应力强度判据
计算分析：稳态和瞬态振动的精确验证方法标准分享网www.bzfxw.com免费下载DL/T11032009
DL/T1103—2009
本标准是根据《国家发展改革委办公厅关于下达2004年行业标准计划的通知》（发改办工业[2004］872号）的要求安排制定的。本标准规定了核电站管道振动的分类、检查与测量要求，计算分析和评定。本标准参照ASMEOM-S/G2000Part3：核电站管道系统试运行及启动过程中的振动测试要求，并等效引用其主要内容。本标准的附录A、附录E为资料性附录，附录B、附录C和附录D为规范性附录。本标准由中国电力企业联合会提出。本标准由电力行业核电标准化技术委员会归口并解释。本标准起草单位：苏州热工研究院有限公司、大亚湾核电运营管理有限责任公司。本标准主要起草人：林磊、陈志林、薛飞、逢文新、王俊、汪小龙、陆念文、杜建英。本标准为首次制定。
本标准在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化中心（北京市白广路二条-号，100761)。
1范围
核电站管道振动测试与评估
本标准规定了核电站管道系统的振动测试方法、评估方法及验收准则。DL/T1103—2009
本标准适用于核电站役前、初始启动试验、运行阶段各种工况下进行的管道系统稳态振动和可预期的瞬态振动的测试与评估。
本标准不适用于役前、初始启动试验、运行阶段的各种工况下的随机偶发管道瞬态振动的测试与评估。管道系统中的设备（如泵、阀等）不属于本标准范围。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。ASMEOM-S/G-2000Part3核电站管道系统试运行及启动过程中的振动测试要求ASME锅炉及压力容器规范，第I卷ASMEB31系列管道规范
3定义
下列定义适用于本标准。
管道系统pipingsystem
指由管道组件和部件组成，其边界和功能在设计规范中明确给出。3.2
测试工况testconditions
指在进行测试时管道系统所处的工况。3.3
normaloperatingconditions
正常运行工况
指管道系统处于预期功能的运行工况。3.4
operationaltesting
运行测试
指正常运行工况下进行的测试活动。3.5
调试测试
tpreoperationaltesting
指在冷态、热态调试阶段进行的测试活动。3.6
稳态振动
steady-statevibration
在正常运行中时间相对较长的周期性振动。3.7
瞬态振动
transientvibration
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指在相对较短时间间隔内发生的振动，其应力循环次数小于1×10°，如泵启动和切换，阀门的快速开、关及安全释放阀动作等。3.8
管壁振动shell-wallvibration
指管壁的径向振动，其特征是周向呈叶状振型。3.9
原型prototype
指根据原始设计建造的系统，该系统没有任何可用的历史测试记录。3.10
振动测试系统
vibrationtestingsystem
包括用于测试和记录振动数据的所有仪表或测试设备。在测量位置所要测量的变量（如位移、速度、加速度等）作为系统的输入信号，则振动测试系统的输出信号为被测量的数字/模拟量，且转换为相应的物理量。
振动等级vibrationclass
根据管道系统的特点和振动水平对其进行等级划分，稳态振动的管道系统其振动等级分别为W1、W2、W3，瞬态振动的管道系统其振动等级分别为S1、S2、S3。4管道振动分类及等级
4.1稳态振动
4.1.1振动等级1（W1）
满足下述条件之一的管道系统为W1级：a）可以获得其在原型或相似系统上的测试数据，且可观测到最小不可接受振动的管道系统。b）根据经验反馈，不会出现显著振动响应的管道系统。此等级管道系统的振动状况采用5.1.1给出的方法进行检查，采用6.2.1提供的准则进行评价。4.1.2振动等级2（W2）
满足下述条件之一的管道系统为W2级：a）根据经验反馈，可能出现显著振动响应的管道系统。b）不适宜用W1级管道系统的评价方法进行评定的管道系统。此等级管道系统的振动状况采用5.1.2给出的方法进行检查，采用6.2.2提供的准则进行评价。4.1.3振动等级3（W3）
满足下述条件之一的管道系统为W3级：a）响应特性不是简单管道模态的管道系统（如出现管壁振动)。b）不适宜用W2和W1类管道评价方法进行评定的管道系统。此等级管道系统的振动状况采用5.1.3提供的方法进行检查，采用6.2.3提供的准则进行评价。4.2瞬态振动
4.2.1振动等级1（S1）
满足下述要求的管道系统为S1级：系统在运行寿期内经历瞬态振动（例如，系统经受泵的启动、阀门的开启和关闭），并且根据经验反馈，不会出现显著振动响应的管道系统。此等级管道系统的振动状况采用5.2.1提供的方法进行检查，采用6.3.1提供的准则进行评价。4.2.2振动等级2（S2）
满足下述要求的管道系统为S2级：用预期动载荷进行设计和分析，并根据所施加的预期动载荷能保守地预测瞬态力函数及相应结构响应的管道系统。2
DL/T1103—2009
此等级管道系统的振动状况采用5.2.2提供的方法进行检查，采用6.3.2提供的准则进行评价。4.2.3振动等级3（S3）
满足下述要求的管道系统为S3级：根据经验反馈，由于部件设计的固有特性、系统运行或管系设计特性而经受明显瞬态情况，且并未进行瞬态分析的管系。此等级管道系统的振动状况采用5.2.3提供的方法进行检查，采用6.3.3提供的准则进行评价。5振动测试方法
5.1稳态振动测试方法
5.1.1目视检查方法
目视检查方法参见附录A.1。
5.1.2振动速度测试
5.1.2.1测试设备
参见附录A选用适当的测试仪器，在管道系统上进行振动速度测量，所用测试仪器应满足附录B的要求。
5.1.2.2测试位置及方法
初始测量应在管道上目视最大位移点处进行。在管线上不同点对振动速度进行连续测量，确定出最大峰值振动速度所在位置。在每一测点上，沿管道圆周进行测量以找出最大振动速度的方向，测量应该在该点垂直于管道轴线的方向上进行，位置确定后进行最大峰值振动速度（vpek）的最终测量。
最大峰值振动速度从实际速度时域信号中得到，应确保有足够长时间的信号，以保证统计精度，确保测量结果的可靠性。
所使用仪器的测量频率范围应符合附录B中B.2.1的要求。5.1.3振动应变测试
5.1.3.1测试设备
参见附录A选用适当的测试仪器，在管道系统上进行振动应变测量，所用测试仪器应满足附录B的要求。
5.1.3.2测试位置及方法
a）进行管道系统的应变测量时，在直管段上靠近可能发生最大应力部位（如焊缝、支管连接处等）应布置足够多的应变片，记录管道系统的动态应变。b）测定管道的名义弯矩，应变片应布置于非应力集中部位。5.2瞬态振动测试方法
5.2.1目视检查方法
在要求进行瞬态振动检查的各瞬态工况下对管道系统进行目视检查。若需要，试验可重复以获取不同点的目视检查结果。
其他要求见5.1.1。
5.2.2振动速度测试
5.2.2.1测试设备
对于瞬态振动速度的测量，需选择合适的传感器，传感器应具有足够的量程和频率响应，以测量冲击载荷下的管道响应。
5.2.2.2测试位置及方法
按照5.1.2.2中的相关要求执行。5.2.3振动应变测试
按照5.1.3中的相关要求执行。
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5.3记录报告
振动测试记录报告中应包括：
测试对象；
测试时间；
测试方法；
测试位置；
测试环境；
测试仪器；
测试工况；
测试结果。
6管道振动等级评定
6.1前提条件
本节的管道振动等级评定是在下述前提条件基础上建立的：（1）振动引起的最大应力在弹性范围内，因此不发生塑性循环失效；（2）在振动事故中如存在热瞬态效应，则其影响已在管道系统评估中得以考虑；（3）由压力波动引起的薄膜应力与由振动弯矩引起的应力相比可不予考虑；（4）振动事故的疲劳累积使用系数对其他预先确定瞬态振动的累积使用系数没有显著影响。6.2稳态振动
6.2.1W1级管道系统的评定
W1级管道系统根据目视检查人员的经验或简易仪器测量结果进行评定。W1级管道系统的测试结果分为可接受和不可接受，评定方法如下：a）目视检查人员应根据以下因素对管道振动量级进行评价：1）振幅和位置；
2）与敏感设备的接近程度；
3）连接分支特性；
4）临近部件支撑的能力；
5）运行的一些独有特性。
振动量级可接受的管道系统，可不进行进一步的测量或评估。b）振动量级不可接受的管道系统，或无法判断所观察到的变形是否可接受的管道系统，应根据6.2.2或6.2.3进行评估。
6.2.2W2级管道系统的评定
W2级管道系统按附录C的峰值速度判据进行评定。W2级管道系统的测试结果按照表1（碳钢管道）和表2（不锈钢管道）的评定要求进行评定，分为四个振动品质：
1）优秀；
2）合格；
3）应评估；
4）不可接受。
表1、表2中的vpeak按附录C计算得到，除碳钢和不锈钢以外的其他材料管道，根据S-N曲线计算相应的vpeas值，并进行等级评定。4
表1W2级碳钢管道系统的评定
最大峰值振动速度测量值vpea
0≤vk≤12.4
12.4veat > 2vpok
最大峰值振动速度测量值vk
0≤≤21.3
21.3vak >vaoa
v >2vak
6.2.3W3级管道系统的评定
振动品质
应评估
不可接受
W2级不锈钢管道系统的评定
振动品质
应评估
不可接受
DL/T1103—2009
评定要求
进行应力评价，见6.2.3
建议处理
评定要求
进行应力评价，见6.2.3
建议处理
W3级管道系统的评定按附录D.1的允许交变应力强度判据进行评定。用于获得管道振动应力的方法参见附录E。对于W3级管道系统，按照表3的要求进行评定，分为两个振动品质：1）合格；
2）不合格。
最大交变应力强度测量值S
Sa≤s,
表3中Salt和Sa的定义见附录D
6.3瞬态振动
6.3.1S1级管道系统的评定
依据应力给出的振动品质
振动品质
不合格
S1级管道系统根据目视检查人员的经验或简易仪器测量结果进行评定。S1级管道系统的测试结果分为可接受和不可接受。a）目视检查人员应根据以下因素对管道系统振动量级进行评价：1）振幅和位置；
2）与敏感设备的接近程度；
3）连接分支特性；
4）临近部件支撑的能力；
5）运行的一些独有特性。
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应处理
DL/T1103—2009
振动量级可接受的管道系统，可不进行进一步的测量或评估。振动量级不可接受的管道系统，或无法判断所观察到的变形是否可接受的管道系统，应根据b）
6.3.2或6.3.3进行评估。
6.3.2S2级管道系统的评定
S2级管道系统按附录C的峰值速度判据进行评定。S2级管道系统的测试结果按照表4（碳钢管道）和表5（不锈钢管道）的评定要求进行评定，分为三个振动品质：
1）优秀；
2）合格；
3）应评估。
表4和表5中的vpeak按附录C计算得到，除碳钢和不锈钢以外的其他材料管道，根据S-N曲线计算相应的值，并进行等级评定。
表4S2级碳钢管道的评定
最大峰值振动速度测量值
0≤≤12.4
12.4vrpeat > vprok
振动品质
应评估
表5S2级不锈钢管道的评定
最大峰值振动速度测量值vrcak
0≤k≤21.3
21.3振动品质分类
应评估
评定要求
进行应力评价，见6.3.3
评定要求
进行应力评价，见6.3.3
6.3.3S3级管道系统的评定
S3级管道系统的评定按附录D.2的允许交变应力强度判据进行评定。用于获得管道振动应力的方法参见附录E。按照表6的评定要求进行评定，分为两个振动品质：1）合格；
2）不合格。
表6依据应力给出的振动品质
最大振动应力测量值m
振动品质
不合格
评定要求
A.1目视方法
附录Awww.bzxz.net
（资料性附录）
测试设备指南
DL/T1103—2009
目视检查方法适用于W1（S1）级管道系统的测试。目视检查方法允许利用感官（如触摸）来确定振动量级是否可接受。例如，凭借经验通过触摸可以相当准确地感觉到频率为2Hz～30Hz的管道振动低频振动的幅值可以用千分尺来估计。对于W1（S1）级管道系统中不要求精确结果的管道，可用5.1.1所推荐的简单方法评估振动量级。目视方法的目的是确认振动是可接受的。如果不能确定振动量级可接受，那么在目视检查之后，需要用附录C或附录D所述的方法进行评估。A.2电测法
A.2.1本方法的硬件选择及方法适用于W2（S2）及W3（S3）级管道系统的振动测试。A.2.2传感器
A.2.2.1加速度计
管道振动测量常用低频压电式传感器，对于有超低频信号测试要求（低于0.5Hz）的管道系统，也可以采用电容加速度计。
对管道测量特别重要的加速度计特性如下：a）传感器输出随温度的变化误差超过10%，需要根据温度修正曲线进行修正。b）使用的最高温度：任何情况下加速度计都不应超过制造商规定的最高工作温度。A.2.2.2速度传感器
速度传感器是用于直接测量速度而设计的传感器。它通常由一个可动的线圈或磁块组成，输出电压正比于磁力线被可动部件切割的速率，也就是速度值。A.2.2.3位移传感器
管道测量中用于直接检测位移的传感器有涡流探头（或接近探头）、线性变量微分变送器（LVDT）、拉线式电位计等，都用于检测相对于固定点的绝对位移。A.2.2.4专用传感器
对特定振动量的测量，可采用专用测试仪器（如激光振动测量仪等）。A.2.2.5应变片
对于需进行应力评定的管道系统，可采用应变片进行测量。用在管道上的应变片通常有可焊型和粘贴型，电厂环境的温度及放射性量级特征可能会限制粘贴型应变片的使用，因此可以使用可焊型应变片，它可用在核电站所有温度及放射性量级的环境。在测量过程中应避免可能遇到的问题，尤其是静应力测量。这些问题与温度补偿、黏结剂稳定性、仪器稳定性及温度、放射性、高温环境等有关，使用者应利用不断发展的新技术来避免这些潜在问题的发生。
A.2.3电缆
由于电缆噪声会污染由传感器获得的振动信号，在传感器与数采器之间应使用低噪声电缆，且电缆应适合预期环境的温度。
如果使用电缆接头，应注意避免在这些部位出现温度传导。A.2.4信号调理器
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A.2.4.1一般要求
信号调理器对所选的传感器应有合适的电特性。对加速度计，由信号调理器的积分电路或采集分析仪中的软件积分来获得速度和位移输出。积分电路可以包括在信号调理器中。增益的归一化是一个和加速度计输出比例系数（工程单位）联系在一起的重要特征，从而可以直接以速度及位移的单位读取数据。A.2.4.2频率范围
0300Hz的频率范围可以覆盖所有实际管道振动情况。A.2.4.3振动等级范围
包括传感器在内的测量系统应能测量0.254mm/s~2540mm/s的速度范围或0.00254mm~25.4mm的位移范围。
A.2.4.4滤波
应具有低通、高通和带通滤波功能，以滤除超低频信号以及不需要的高频噪声等。8
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