壓力管道切割作業(yè)消除振動(dòng)方式

在切管機(jī)對(duì)壓力管道進(jìn)行切割作業(yè)時(shí)，不僅要完成管道的切割任務(wù)，還要保證在管道切割作業(yè)中人身、設(shè)備及管道系統(tǒng)的安全，確保完成管道系統(tǒng)切割后的有序恢復(fù)和安全生產(chǎn)。因此，在進(jìn)行管道切割前要充分了解管道材質(zhì)及切割的點(diǎn)位及其它存在的危險(xiǎn)因素。

尤其是在化工生產(chǎn)中，動(dòng)、靜設(shè)備通過(guò)管道串聯(lián)來(lái)完成工藝流程。在壓力和流速的作用下，管道壁上會(huì)承受流體動(dòng)壓力。在管道切割作業(yè)中，非定常的管流會(huì)引起管道的振動(dòng)。動(dòng)力設(shè)備、管道切割機(jī)在作業(yè)時(shí)的振動(dòng)和外部環(huán)境的激勵(lì)使管道產(chǎn)生隨機(jī)振動(dòng)。管線(xiàn)如果受到振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞，尤其是在應(yīng)力集中處。因此，在管道切割作業(yè)中要重視和解決管道振動(dòng)產(chǎn)生的原因和解決方法。

1.壓力管道的振動(dòng)原因分析

管道內(nèi)的流體在流過(guò)管道過(guò)程中，由于管路的彎頭、管徑變化等因素，不可避免地有流速、壓頭的變化，這樣就產(chǎn)生了管道振動(dòng)問(wèn)題。如管道系統(tǒng)中活塞式壓縮機(jī)、往復(fù)泵，由于吸、排量的間歇性和周期性使管流的壓力、速度、密度等參數(shù)既隨位置變化，又隨時(shí)間變化。管流的壓力、速度、密度等參數(shù)隨時(shí)間呈周期性變化的現(xiàn)象稱(chēng)為管流脈動(dòng)。管流脈動(dòng)是引起管道及附屬設(shè)備振動(dòng)的主要原因。

此外，在進(jìn)行管道切割過(guò)程中，切管機(jī)的銑刀對(duì)管道壁的切割作業(yè)同樣也會(huì)產(chǎn)生周期性和間歇性的振動(dòng)。尤其是遇到管道應(yīng)力突變時(shí)和瞬時(shí)沖擊，管道就要發(fā)生復(fù)雜的振動(dòng)，這些振動(dòng)將對(duì)管道發(fā)全和壽命有一定的影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成不可預(yù)估的后果。

根據(jù)管道振動(dòng)理論，管道、支架和相連設(shè)備構(gòu)成了一個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，在有激振力的情況下，這個(gè)系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。管道振動(dòng)分為兩個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)是管道系統(tǒng)，另一個(gè)是流體系統(tǒng)。

壓力管道的激振力可來(lái)自系統(tǒng)自身或系統(tǒng)外部。來(lái)自系統(tǒng)自身的主要有與管道相連接的機(jī)器的振動(dòng)和管內(nèi)流體不穩(wěn)定流動(dòng)引起的振動(dòng)；來(lái)自系統(tǒng)外的有風(fēng)及地震等。

振動(dòng)對(duì)壓力管道是一種交變動(dòng)載荷，其危害程度取決于激振力的大小和管道自身的抗振性能。主要影響因素如下：

氣柱固有頻率。管道內(nèi)充滿(mǎn)的流體是一個(gè)具有彈性的氣柱，每當(dāng)壓縮機(jī)的汽缸吸排氣時(shí)，管內(nèi)氣柱便受到干擾而呈現(xiàn)振動(dòng)。

機(jī)械固有頻率。管道系統(tǒng)是連續(xù)彈性體，存在關(guān)結(jié)構(gòu)固有頻率。

管流脈動(dòng)引起的振動(dòng)。管道流體在壓縮機(jī)或泵的作用下處于脈動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)遇到彎管頭、異徑管、控制閥、盲板等管道元件時(shí)，產(chǎn)生一定的隨時(shí)間而變化的激振力，在這種激振力作用下管道和附屬設(shè)備會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。

液擊振動(dòng)。液擊造成管道內(nèi)壓力的變化有時(shí)很大，嚴(yán)重時(shí)可使管子爆裂。

管道內(nèi)流體流速過(guò)快，形成湍流邊界層分離而形成渦流，從而引起振動(dòng)。

2.壓力管道振動(dòng)消除措施

2.1改變氣柱固有頻率，避開(kāi)氣柱共振

管系氣柱固有頻率取決于管系的配管方式、長(zhǎng)度、管徑、容器容積的大小和配置位置、支管長(zhǎng)、支管位置以及流體的種關(guān)和溫度等等。改變管道和容器的尺寸以及它們的配置方式相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較容易實(shí)現(xiàn)的，工程上采用這種方法較多。

2.2消減氣流振動(dòng)

調(diào)整氣柱固有頻率，避開(kāi)氣柱共振。氣柱固有頻率取決于管系的配管方式、長(zhǎng)度、管徑、容器容積的大小和配置位置以及氣體的種類(lèi)和溫度等，改變管道和容器的尺寸以及配置方式，可改變管系的氣柱固有頻率。在配管設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)工藝流程的需要做好配管初步設(shè)計(jì)后，應(yīng)計(jì)算管系的氣柱固有頻率，并通過(guò)調(diào)整，使它們不與激振頻率重合以避免氣柱共振。

2.3降低脈動(dòng)壓力強(qiáng)度。工程中在壓縮機(jī)管系靠近汽缸進(jìn)出口處設(shè)緩沖器，使脈動(dòng)壓力不均勻度降低。另外孔板是氣流阻力元件，設(shè)孔板是現(xiàn)場(chǎng)管道消減振動(dòng)的有效方法之一。同時(shí)在管道內(nèi)安裝聲學(xué)濾波器等，以控制氣流脈動(dòng)，達(dá)到消振的目的。

3.在切割壓力管道時(shí)，應(yīng)當(dāng)做好以下幾點(diǎn)：

3.1管道切割點(diǎn)位的選擇。盡量選擇管道系統(tǒng)中存在緩沖器10-15米左右進(jìn)行切割作業(yè)，以減少管道切割時(shí)的振動(dòng)對(duì)管道內(nèi)的不穩(wěn)定氣體及液體長(zhǎng)時(shí)間受到振動(dòng)的影響，從而引發(fā)危險(xiǎn)。

3.2限制管道切割作業(yè)區(qū)域內(nèi)的車(chē)輛行駛或禁止，設(shè)置明顯的標(biāo)志。

3.3選用振動(dòng)較小，刀片切割較硬質(zhì)的刀片，如XJ-DX系列刀片，可以明顯改善在管道切割作業(yè)期間對(duì)管道振動(dòng)的現(xiàn)象。

3.4管道切割作業(yè)時(shí)，使用吊裝設(shè)備對(duì)管道進(jìn)行預(yù)緊吊裝，可以有效減少管道切割作業(yè)過(guò)程中管道的應(yīng)力和因管道切割而形成的振動(dòng)。