石油化工管道冷切割的振动分析及消除措施

石油化工管道冷切割的振动分析及消除措施

在化工企业的生产中，动、静设备通过管道串联来完成工艺流程。在管道的压力和流速作用下，管道壁上会承受流体动压力。在管道切割工程中，管道切割和管壁的切削动作会引起非定常的管流，从而引起管道的振动。管道运营的动力设备及流体输送机械操作振动和管道切割振动激励叠加使管道产生随机振动。管线若长期受到振动会产生疲劳破坏，尤其是在应力集中处。引起了管道的疲劳破坏可能会引发管线断裂、介质外泄，引起严重的生产事故。所以在管道带压开孔或管道切割时要解决管道的振动问题。

一、压力管道的振动原因分析

根据压力管道振动理论，管道、支架和相连设备构成了一个结构系统，在受到管道切割等动作的激振力情况下，这个管道系统就会产生振动。管道振动分为两个系统：其中一个是管道系统，另一个是流体系统。

压力管道在自爬式液压切管机进行管道切割过程中的激振力可来自系统外部。来自系统自身的主要有与管道相连接的机器的振动和管内流体不稳定流动引起的振动；来自系统外的有风及地理环境改变（如地震等）。

振动对压力管道是一种交变动载荷，其危害程度取决于激振力的大小和管道自身的抗振性能。主要影响因素如下：

气柱固有频率。管道内充满的流体是一个具有弹性的气柱，每当流体输送设备的汽缸吸排气时，管内气柱便受到干扰而呈现振动。

机械固有频率。管系是连续弹性体，存在结构固有频率。自爬式液压切管机在管道切割工程施工时所产生的频率也有其固有频率。

二、压力管道振动消除措施

1.改变管道的固有频率

根据振动理论，一个机械系统的多自由度振动方程可用矩阵微分方程式表示，可考虑：

在管道系统上加装平衡块，改变质量矩阵M，以改变系统固有频率，避免共振发生。

改变系统的阻尼矩阵C，如在管道的固定支撑的部位放置金属弹簧、橡皮或软木等，以达到隔振、消振的目的。

通过增加系统的刚度矩阵K，如增设支承、调整支承位置或改变支承性质。通过改变管道支承性质，缩短支承点距离使管道固有频率提高；改悬臂管为两端简支管，变弹性支承为刚性支承管，均会使固有频率加大，以达到消振的目的。

2.消减气流振动

调整管道气柱固有频率，避开气柱共振。气柱固有频率取决于管系的配管方式、长度、管径、容器容积的大小和配置位置以及气体的种类和温度等，改变管道和容器的尺寸以及配置方式，可改变管系的气柱固有频率。在配管设计时，根据工艺流程的需要做好配管初步设计后，应计算管系的气柱固有频率，并通过调整，使它们不与激振频率重合以避免气柱共振。

3.降低脉动压力强度。工程中在压缩机管系靠近汽缸进出口处设缓冲器，使脉动压力不均匀度降低。另外孔板是气流阻力元件，设孔板是现场管道消减振动的有效方法之一。同时在管道内安装声学滤波器等，以控制气流脉动，达到消振的目的。

4.管道切割消除固定频率或减小应力反应。进行管道冷切割工程中，给自爬式液压切管机进行润滑和实现管道切割变速技术来减小管道的共振影响。

其它的消除措施主要方法是缓慢关闭阀门、缩短管道长度、在管道靠近液击源附近设安全阀和蓄能器等装置，以释放或吸收液击能量。