管道安全与减振技术

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1、管道安全与减振技术80年代，陕西桃园煤矿空压机站因集气管路的振动剧烈，导致与之相连的储气罐破裂爆炸，碎片飞出数十米外，砖墙被气浪推到；杭州某厂生产的2LY型氧压机，其主机质量不错，但设计时未考虑管道振动因素，投产运行后振动剧烈，安装在本溪钢厂无法正常生产，之后另置一台日本氧压机替用，经济损失巨大；1.2管道典型事故案例吉林化学公司的有机合成厂从西德引进一套年产10万吨的酒精装置，由于配管设计方案的错误，试车72小时后，放空阀处因管道剧烈振动而断裂，乙烯气随即泄出管外，立即着火，车间内离地面1米以上烈焰腾飞，顷刻烧化了厂房屋架；1997年大

2、庆油田、1998年中原油田发生的两起天然气压缩机出口管爆炸事故，均为振动超常导致泄漏，引起天然气的化学爆炸。2.2振动产生的原因主机动力平衡性能差以及基础设计不当，不平衡的惯性力会引起主机及基础振动并进而牵扯与之相连的管道及设备一起振动，这是管道振动产生的一个原因。实际生产情况表明，引发管道振动的另一主要原因是由往复式间隙加压造成的流体压力脉动所引起的。在管道的弯曲部位、直径变化的部位或通过控制阀等处，压力脉动就会产生相应的随时间而变化的激振力。正是这些激振力，激发管道系统发生振动。关于压缩机弯头处应力的分析很有必要。弯管与直管连接需要焊

3、接。焊缝处不能承受大的应力。否则会造成焊缝开裂，导致压缩机管道系统的泄漏，甚至涨开。我们需要对管系进行应力分析，在弯头周围多分几个节点，建立管道系统模型（如下图所示）3.1关于管道弯头的应力分析3、管系应力与振动分析计算通过计算得到弯头附近各节点处的应力值，如下表所示应力类型应力值（KPa）节点CODE应力3337.8124弯曲应力3299.260轴向应力469.061所以，弯头的焊缝应设置在远离弯曲中心的直管段，避免在应力较大处附近焊接。3.2.1激振力的计算首先计算气流脉动所产生的激振力如下图所示，设弯管的直径为d，弯管的转角为。弯管

4、进气口处的压力为P，则弯管角分线方向的合力为：3.2管道振动分析计算根据公式：（Hz）（3.1）式中：m――表示压缩机气缸作用方式的一个数当单作用时，m＝1；当双作用时，m＝2；n――表示压缩机曲轴转速（转/分）；可以计算出管系中：（Hz）由上表可以知道管道系统结构的各阶固有频率比较靠近，压缩机的激发频率（）落在第7阶固有频率的共振区域内，这使得管道容易发生机械共振。3.2.4管道结构的激发主频率的计算3.2.5气柱固有频率的计算在一端开口，一端闭口情况下，气柱的固有频率可以用下式表示：（i=1、3、5…奇数）式中C——气体声速L——气柱

5、长度，通常也就是管道长度当i=1时，称第一阶固有频率或者称基本频率，简称基频。4、管道减振措施4.1传统减振措施压力管道减振的方法有很多，常用传统减振方法有缓冲器、孔板、集管器、改造支架、管卡等方法。液压阻尼器如图所示，是一种对速度反应灵敏的振动控制装置，它借助特殊结构阀门控制液压缸活塞移动以抑制管道或设备周期性载荷和冲击载荷影响，主要适用于核电厂、化工厂等的管道及设备的抗振动。常用于控制冲击性流体振动。4.2.1液压阻尼器4.2新型减振措施d.液压阻尼器的安装业绩表（部分）4.2.2粘滞阻尼减振器管道粘滞阻尼器的独特性能可以使整个管道系

6、统阻尼，使振动波形一次衰减不震荡。对运行振动与冲击荷载一样有效。在所有自由度上对振动的反应都毫不延迟。结构简单，且易于装卸与安装。没有磨损件，不用维修，寿命无限。标准的管道阻尼器允许在垂直方向与水平方向上有40mm的位移，用于补偿热膨胀。专门的元件还允许有更大的热位移。管道粘滞阻尼器的安装管道阻尼器应当安置在管道挠度最大的区域，即所谓的波腹点，以获得最大可能的阻尼器载荷。如在靠近波节点的区域安置管道阻尼器，则由于振动速度小，阻尼器将不起作用。如果要阻尼不止一个波腹点的高阶波形的管道，则宁可用好几个小一些的阻尼器，而不用一个大的阻尼器。在

7、电厂管道中的应用范围凝结水管道给水管道新蒸汽管道或主蒸汽管道液压管道，如压缩空气管道与油管道磨煤机的细粉汇总管道等等4.2.3弹簧减振器弹簧减振器是一种对位移反应灵敏的振动控制装置；弹簧减振器主要适用于核电厂、火电厂、化工厂、钢铁厂等的管道及设备的抗振动。弹簧减振器能有效地控制各种频率的振动和摆动，但在一定的程度上限制了管道的正常热位移。设计时应充分考虑弹簧减振器对管道产生的附加力。选择任何一种管道减振产品，都需要对管道进行动力学有限元分析，了解管道的振动状态，分析其产生振动的原因，这是管道减振的关键。总之，解决管道振动要“对症下药”，根

8、据造成振动的原因和现场的具体条件，采取适当的措施，才是上策。