压力管道振动原因及对策分析

高秀梅

摘要：压力管道振动影响因素有好几种，比如气柱固有频率、机械固有频率等，相关人员要对其进行仔细研究，找到这几种因素发挥影响作用时的具体表现，如此才能使振动故障的预防对策有效。本文主要针对压力管道振动原因及对策进行分析。

关键词：压力管道；振动原因；对策

1压力管道在线检验的基本流程

1.1进行资料审查

压力管道在线检验中常用的资料主要有设计资料、施工资料、运行记录、历次检测报告、维修资料、其他与压力管道有关的资料等等。这些资料与压力管道的在线检测都有直接的关系，应确保资料的完整性，并且注重对资料真实性和时效性的审查，使其能够为压力管道在线检测提供科学依据。

1.2对技术方案进行确定

在资料审核通过之后，应对检验的内容、方法进行确定，根据现场的实际情况对检验方案进行确定。在这个过程中，应明确压力管道在线检验的相关规定和标准，对压力管道的检验体系进行完善，使其在满足检验需求的同时，也能够良好地遵守国家法律法规。

1.3对压力管道进行宏观检查

宏观检查是压力管道在线检验的首要环境，工作人员应检查管道是否存在着泄露现象，对绝热层和防腐层进行检查，判断管道是否存在着振动现象，外观是否变形、支吊架是否牢固，阀门质量是否良好。宏观检验的重点在于对压力管道表面腐蚀程度的检查。很多压力管道都是经过多年的使用，并且没有做好养护与维修工作，使得管道之间的缝隙和腐蚀现象比较严重，长此以往，将影响压力管道的安全使用，容易产生泄漏、爆炸等事故。

2压力管道的振动原因分析

2.1气柱固有频率

当管道系统内部不同管长的气柱固有频率保持一致时，同频压力管道就会出现振动现象，振幅和振动程度会根据固有频率大小，做出相关反应。所以在对气柱固有频率该原因进行分析时，除了要分析气柱固有频率产生过程外，还要对气柱固有频率进行计算。在管道内部，所谓的气柱并不是指封闭空间中的气体，而是指当管道内部的液体和管道内壁之间不再有空隙后，这些液体可以充当成弹性气柱。管道在运输液体过程中，要保证液体按照一定的速度顺畅流动，还需要压缩机或柱塞泵作用，使管道内部气体流动能随着液体流动发生变化，柱塞泵的气缸负责管道气体吸排工作。这些气体的变化，会使管道内部气体与液体构成的环境发生变化，管道弹性气柱自然不能稳定不变，在对固有频率进行计算时，直接将管道气柱发生自由振动时的频率作为计算对象。气柱固有频率是振动产生的，所以和平面波动理论是不谋而合的。所以可用平面波动方程来计算固有频率数值，平面波动方程是由两部分合成的，分别是连续性方程和运动方程，结合后的方程式为：d2pt/dt2=α2d2pt/dl2，p是管道气流脉冲产生的压力，α代表声速，l为距离，t是时间。固有频率和速度有关，公式是可以求得脉动速度的，前提是要将脉动压力求解出来，可以将管道初始和边界条件作为参考依据。

2.2结构固有频率

管道系统结构是由诸多管道连接而成的，所以整体连续性是比较强的，这就造成振动连续性，这种振动产生的频率就是结构固有频率。理论力学相关的计算方法计算对象为横平竖直较为简单的管道体系，而有直管和弯管相连接的管道体系，在计算上比较麻烦，所以其固有频率的计算必须借助计算机来完成。这样的复杂结构在计算时，首先要将其按照一定的规律分成好几段简单的管道结构，可以将直管作为一个计算单元，将弯管作为另一个计算单元。

2.3气流脉动

气流脉动主要是活塞式压缩机运行时内部的压力和速度不断变化产生的脉动。活塞式压缩机和气缸对管道内部结构进行换气，管道主要经历两个流程，排气和换气，这两个流程主要通过活塞运动实现，活塞运动的速度不可能一直保持均匀，这就导致换气过程，气体流动产生的压力也是处于变化之中的[4]。并且换气时间的增长，压力和速度呈现变化莫测的趋势，将其和时间分别置于不同的坐标轴上，可作出相关的脉动图，时间是自变量，压力和速度为因变量。压力和速度不同带来管道内部气流不均，也会造成气流振动，进而管道受激振力作用而发生失稳现象。在气流脉动中，压力产生的气流激振作用比较大，所以要将压力脉动图作为研究对象，对不同时间的压力变化数值进行记录和分析。压力不均匀度是造成压力脉动变化莫测的重要因素，所以要对气流脉动进行控制，还要先计算压力不均匀度，将其作为管道设计的参考依据。

3压力管道震动故障的预防对策

该预防对策主要针对气柱固有频率和结构固有频率一致造成的管道振动故障。对于气柱固有频率来讲，其和压缩机的激振频率是保持一致的，在这样的基础上，不同管道的气柱一阶和二阶固有频率只有不相等，管道振动情况才会减少。所以要慎重选择机型，在已有机型的基础上，进行减振，主要采取使管道各方向尺寸以及缓冲器容积数值与原来不一样的措施。结构固有频率和支座型式以及位置有很大关系，可以通过对这些因素进行调整，来使管道结构固有频率不会保持一致。

3.2减少气流脉动现象

要减少气流脉动，除了要控制活塞运动速度外，更重要的是要对气流压力不均匀度进行控制，使其向均匀度靠拢，此外，还要减少压力脉动带来的影响，使压力变化小一些，基本上能保持一致，如此管道内部气流才稳。具体的解决方法主要有三种，其一缓冲器的使用。当管道体系中的气流压力不一样时，管道内部液体在流动中，要保证管道每一处，尤其是弯头结构不连续处的液体流动压力相差无几，就要借助缓冲器，来发挥缓冲压力作用，使管道全程遭受的激振力能保持一致，如此管道才会稳定，可以说缓冲器充当振动阻尼器的作用，其安装位置在压缩机的换气口处。其二设置气流脉动衰减器，将其安装在对应位置上，对减小气流脉动带来的影响有益处，进而起到降压效果，作用效果的缓冲器一样，但制作原理是不同的，该设备主要靠声学滤波原理制作出来的。其三利用孔板，这种器具主要安装在容器入口处，主要针对压力不均匀度而设，有这种器具的存在管道内部气流全部都是压力小的行波，管道受到的激振力自然会降低。

3.3消减液击

消减液击，主要保证管道内部液体流动速度保持均匀度，进而使管道内部受到的压力是均匀的。根据速度变化产生的原因进行分析，采取对应措施。比如对于阀门启闭现象，该现象是生产流程中必不可少的环节，但要注意阀门启闭的速度，不可过大，如此从外部进入的气体带来的冲击力就不会很强，对液体流动速度以及管道内部气体流动产生的影响也会很小，另外还可以减小管道长度，使速度变化的时间控制住，阀门在液击预防控制上也具有很强的效果。再如管道液击源产生，主要是液体动量变化引起的压力变化，所以要对动量进行控制，可以设置安全阀和蓄能器来泄能，将这些装置安排在液击源附近。蓄能器除了能吸收液击能量，还可以减少压力脉动带来的噪声影响。这种蓄能器惯性小，可容纳的频率很低，一般以液压系统的形式存在。在压力管道振动试验中，可以利用噪声测试来判断管道受到激振力，以及管道受到的压力作用大小。

4结论

压力管道振动故障带来的负面影响很大，轻则管道变形，重则引发管道事故，相关人员在管道安装以及后期使用中，一定要做好检查和维护，及时将影响因素解决掉，使其不会为管道振动制造一点机会。

参考文献：

[1]谢毅晖.水电站压力管道流固耦合水击计算的研究[D].昆明理工大学，2017.

[2]赵兴杰.振动与应力作用对管道安全特性的研究[D].兰州交通大学，2017.

[3]燕集中.石油化工用压力管道的破坏形式及无损检测的应用[J].石化技术，2017，24（03）：2-3.

[4]朱慧彪.压缩机附属管线振动状态的监测与预测研究[D].华东理工大学，2017.