石油化工管道冷切割的振動分析及消除措施

石油化工管道冷切割的振動分析及消除措施

在化工企業(yè)的生產(chǎn)中，動、靜設備通過管道串聯(lián)來完成工藝流程。在管道的壓力和流速作用下，管道壁上會承受流體動壓力。在管道切割工程中，管道切割和管壁的切削動作會引起非定常的管流，從而引起管道的振動。管道運營的動力設備及流體輸送機械操作振動和管道切割振動激勵疊加使管道產(chǎn)生隨機振動。管線若長期受到振動會產(chǎn)生疲勞破壞，尤其是在應力集中處。引起了管道的疲勞破壞可能會引發(fā)管線斷裂、介質外泄，引起嚴重的生產(chǎn)事故。所以在管道帶壓開孔或管道切割時要解決管道的振動問題。

一、壓力管道的振動原因分析

根據(jù)壓力管道振動理論，管道、支架和相連設備構成了一個結構系統(tǒng)，在受到管道切割等動作的激振力情況下，這個管道系統(tǒng)就會產(chǎn)生振動。管道振動分為兩個系統(tǒng)：其中一個是管道系統(tǒng)，另一個是流體系統(tǒng)。

壓力管道在自爬式液壓切管機進行管道切割過程中的激振力可來自系統(tǒng)外部。來自系統(tǒng)自身的主要有與管道相連接的機器的振動和管內流體不穩(wěn)定流動引起的振動；來自系統(tǒng)外的有風及地理環(huán)境改變（如地震等）。

振動對壓力管道是一種交變動載荷，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。管道內充滿的流體是一個具有彈性的氣柱，每當流體輸送設備的汽缸吸排氣時，管內氣柱便受到干擾而呈現(xiàn)振動。

機械固有頻率。管系是連續(xù)彈性體，存在結構固有頻率。自爬式液壓切管機在管道切割工程施工時所產(chǎn)生的頻率也有其固有頻率。

二、壓力管道振動消除措施

1.改變管道的固有頻率

根據(jù)振動理論，一個機械系統(tǒng)的多自由度振動方程可用矩陣微分方程式表示，可考慮：

在管道系統(tǒng)上加裝平衡塊，改變質量矩陣M，以改變系統(tǒng)固有頻率，避免共振發(fā)生。

改變系統(tǒng)的阻尼矩陣C，如在管道的固定支撐的部位放置金屬彈簧、橡皮或軟木等，以達到隔振、消振的目的。

通過增加系統(tǒng)的剛度矩陣K，如增設支承、調整支承位置或改變支承性質。通過改變管道支承性質，縮短支承點距離使管道固有頻率提高；改懸臂管為兩端簡支管，變彈性支承為剛性支承管，均會使固有頻率加大，以達到消振的目的。

2.消減氣流振動

調整管道氣柱固有頻率，避開氣柱共振。氣柱固有頻率取決于管系的配管方式、長度、管徑、容器容積的大小和配置位置以及氣體的種類和溫度等，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。在配管設計時，根據(jù)工藝流程的需要做好配管初步設計后，應計算管系的氣柱固有頻率，并通過調整，使它們不與激振頻率重合以避免氣柱共振。

3.降低脈動壓力強度。工程中在壓縮機管系靠近汽缸進出口處設緩沖器，使脈動壓力不均勻度降低。另外孔板是氣流阻力元件，設孔板是現(xiàn)場管道消減振動的有效方法之一。同時在管道內安裝聲學濾波器等，以控制氣流脈動，達到消振的目的。

4.管道切割消除固定頻率或減小應力反應。進行管道冷切割工程中，給自爬式液壓切管機進行潤滑和實現(xiàn)管道切割變速技術來減小管道的共振影響。

其它的消除措施主要方法是緩慢關閉閥門、縮短管道長度、在管道靠近液擊源附近設安全閥和蓄能器等裝置，以釋放或吸收液擊能量。