減壓閥后管道振動(dòng)解決方案

 

減壓閥后管道振動(dòng)解決方案

在流程工業(yè)的管道系統(tǒng)中，減壓裝置(如減壓閥、控制閥和孔板)廣泛存在。隨著新建裝置減壓排放系統(tǒng)壓差和流量的逐漸增大，暴露出的振動(dòng)噪聲問(wèn)題逐漸增多，如減壓閥相連的異徑管焊縫開(kāi)裂泄漏故障、裝置試車(chē)時(shí)直接放空導(dǎo)致系統(tǒng)噪音過(guò)大等。對(duì)這類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行理論分析，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需求介紹相應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并給出相應(yīng)判定公式和評(píng)定方法，同時(shí)提出有針對(duì)性的解決方法。在使用的時(shí)候也是會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)的，尤其是時(shí)候長(zhǎng)時(shí)間的，在減壓的時(shí)候會(huì)有振動(dòng)、噪音因素產(chǎn)生，如果我們發(fā)現(xiàn)震動(dòng)聲比較激烈的，我們應(yīng)該考慮更換了，或者需要進(jìn)行維修。

減壓閥后管道振動(dòng)解決方案關(guān)鍵詞：減壓閥；聲學(xué)誘導(dǎo)振動(dòng)(AIV)；失效系數(shù)

 



 

氣體系統(tǒng)經(jīng)過(guò)減壓裝置(如減壓閥、控制閥和孔板)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高頻率的聲學(xué)能量，它和壓差、流量成正比，高頻的聲學(xué)能量以聲波的形式在管道內(nèi)傳播，激發(fā)出管道高階的振動(dòng)模態(tài)，振動(dòng)形式從梁振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)化為殼體振動(dòng)模態(tài)。這種類(lèi)型振動(dòng)由于頻率很高、振幅很小，不易觀察，但由于頻率很高，在管道連接的應(yīng)力集中處產(chǎn)生高的動(dòng)態(tài)應(yīng)力水平，使連接處很容易達(dá)到疲勞極限，引發(fā)疲勞裂紋，形成泄漏，造成管道失效。我們稱這類(lèi)振動(dòng)為聲學(xué)誘導(dǎo)振動(dòng)，。管道在時(shí)的管道殼體振動(dòng)模態(tài)見(jiàn)，從中可以看出，在支管處的應(yīng)力水平，并且管道的模態(tài)變形十分劇烈，階次很高。

 



 

1減壓閥后管道振動(dòng)解決方案 管道殼體振動(dòng)失效的相應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

由于振動(dòng)頻率過(guò)高，在高頻率處模態(tài)振型相對(duì)集中，避開(kāi)共振模態(tài)的方法并不合適，故只能在降低其振動(dòng)的聲學(xué)能量方面入手?，F(xiàn)代工業(yè)由于現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，流量隨時(shí)變化，條件也各不相同，為了能得到相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，工程師主要從各項(xiàng)案例中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)公式并進(jìn)行推廣應(yīng)用。歸納了36個(gè)減壓系統(tǒng)案例，其中，9個(gè)產(chǎn)生疲勞失效的案例，用A-H表示，其他未失效案例用數(shù)字1-27表示，計(jì)算出各案例聲學(xué)能量和管道直徑的關(guān)系，并定出疲勞的分界線，當(dāng)高于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，管道易出現(xiàn)疲勞實(shí)效。由于工業(yè)界數(shù)據(jù)獲取困難，這成為以后工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

對(duì)其進(jìn)行更新并發(fā)布了第二版。這一標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)日益增加的流程管道失效故障制訂，對(duì)各類(lèi)失效問(wèn)題進(jìn)行分類(lèi)，并提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)，變更方案，保障管道有效運(yùn)行。針對(duì)AIV，標(biāo)準(zhǔn)提供了如下聲能計(jì)算公式——聲功率級(jí)PWL的表達(dá)式，此公式應(yīng)用于計(jì)算減壓閥等源頭處的聲能。對(duì)于減壓閥后不連續(xù)處的聲能計(jì)算應(yīng)用公式，可以看出，不連續(xù)處距離越遠(yuǎn)，管徑越小，可以減小聲能。



2減壓閥后管道振動(dòng)解決方案 降低管道AIV的改進(jìn)方法

對(duì)于LOF值不大于1的管系，增加管道壁厚是一個(gè)簡(jiǎn)單有效降低LOF值的方法，根據(jù)文獻(xiàn)1，得出了聲能與徑厚比的關(guān)系，可以不通過(guò)表格 T2-6復(fù)雜的計(jì)算，就能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單判斷，節(jié)省0.5<LOF≤1這一部分的計(jì)算分析。標(biāo)準(zhǔn)主要從兩方面介紹了改進(jìn)方法：一是減少激發(fā)能量；二是減小系統(tǒng)響應(yīng)。降低管道AIV的改進(jìn)方法見(jiàn)。從管道方面主要可以從改變管道長(zhǎng)度、改變壁厚和減少系統(tǒng)不連續(xù)位置這三方面入手。如果增加壁厚可以使LOF降到0.5以下，應(yīng)使用增大壁厚的方法，但根據(jù)BP公司設(shè)計(jì)規(guī)定，壁厚大于19mm(3/4″)的情況不常見(jiàn)。



一、機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的噪音

減壓閥的零部件在流體流動(dòng)時(shí)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)又可分為兩種形式：

① 低頻振動(dòng)。這種振動(dòng)是由介質(zhì)的射流和脈動(dòng)造成的，其產(chǎn)生原因在于閥出口處的流速太快，管路布置不合理以及閥活動(dòng)零件的剛性不足等。

② 高頻振動(dòng)。這種振動(dòng)在閥的自然頻率和介質(zhì)流動(dòng)所造成的激勵(lì)頻率一致時(shí)，水力控制閥將引起共振，它是減壓閥在一定減壓范圍內(nèi)產(chǎn)生的，而且一旦條件稍有變化，其噪音變化就很大。這種機(jī)械振動(dòng)噪音與介質(zhì)流動(dòng)速度無(wú)關(guān)，多是由于減壓閥自身設(shè)計(jì)不合理產(chǎn)生。減小機(jī)械振動(dòng)噪聲的措施是，合理地設(shè)計(jì)減壓閥襯套和閥桿的間隙、機(jī)械加工精度、閥的自然頻率以及活動(dòng)零件的剛性，正確地選用材料等。

 



 

二、流體動(dòng)力學(xué)噪音

流體動(dòng)力學(xué)噪音是由流體通過(guò)減壓閥的減壓口之后的紊流及渦流所產(chǎn)生的，其產(chǎn)生的過(guò)程可以分為兩個(gè)階段：

① 紊流噪音，即由紊流流體和減壓閥或管路內(nèi)表面相互作用而產(chǎn)生的噪音，其頻率和噪音級(jí)都比較低，一般并不構(gòu)成噪音問(wèn)題。

② 汽蝕噪音，即減壓閥在減壓過(guò)程中，當(dāng)流體流速達(dá)到一定值時(shí)，流體(液體)就開(kāi)始汽化，當(dāng)液體中的氣泡所受到的壓力達(dá)到一定值時(shí)，就會(huì)爆炸。氣泡在爆炸時(shí)，要在局部產(chǎn)生很高的壓力和沖擊波，自力式調(diào)節(jié)閥這個(gè)沖擊瞬間壓力可達(dá)196 MPa，但是遠(yuǎn)離爆炸中心的地方，壓力急劇衰減。這個(gè)沖擊波是造成減壓閥汽蝕和噪音的一個(gè)主要因素。（閥門(mén)生產(chǎn)廠家:山東國(guó)威閥門(mén)制造有限公司）減小機(jī)械振動(dòng)噪聲的措施是在設(shè)計(jì)減壓閥時(shí)，必須把減壓閥的減壓值控制在臨界值以下，而且，是在Δp初始以下,因?yàn)闇p壓閥的實(shí)際減壓值達(dá)到Δp初始值時(shí)，液體就開(kāi)始產(chǎn)生汽蝕，而且噪聲將急劇增大。自力式控制閥此外，還要注意相對(duì)于閥瓣的流體介質(zhì)的流動(dòng)方向。

三、空氣動(dòng)力學(xué)噪聲

當(dāng)蒸汽等可壓縮性流體通過(guò)減壓閥內(nèi)的減壓部位時(shí)，流體的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為聲能而產(chǎn)生 綜上所述，從根本上來(lái)說(shuō)，減壓閥產(chǎn)生噪音都跟自身的設(shè)計(jì)和制造工藝有關(guān)。

一般的配管方法是在減壓閥后逐級(jí)變徑匯入總管，這帶來(lái)兩點(diǎn)問(wèn)題：一是多處變徑帶來(lái)多處焊接點(diǎn)，易失效位置增加；二是管徑變大，D/t變大，通過(guò)式(2)得出系統(tǒng)承受破壞能力減弱，多次現(xiàn)場(chǎng)管道泄漏都發(fā)生在這些變徑處，故應(yīng)使不連續(xù)處盡量遠(yuǎn)離減壓源頭，即只在匯入主管處有三通接頭，中間不變徑。

 



 

3 減壓閥后管道振動(dòng)解決方案具體應(yīng)用方法

英國(guó)BP公司將這一標(biāo)準(zhǔn)引入企業(yè)設(shè)計(jì)管理規(guī)定，并將其應(yīng)用于實(shí)際工程設(shè)計(jì)之中。具體計(jì)算方法如下：管道介質(zhì)在安全閥后進(jìn)行減壓，首入DN200管道，然后變徑為DN400，最后匯入DN600總管，壁厚為標(biāo)準(zhǔn)壁厚std。工藝參數(shù)見(jiàn)。減壓閥的振動(dòng)與噪聲根據(jù)其誘發(fā)有種各種各樣的原因，但總共可以分為機(jī)械振動(dòng)、氣蝕振動(dòng)和流體動(dòng)力學(xué)振動(dòng)這幾個(gè)原因。



 　　機(jī)械振動(dòng)

 　　機(jī)械振動(dòng)根據(jù)其表現(xiàn)形式可以分為兩種狀態(tài)。一種狀態(tài)是氣體減壓閥的整體振動(dòng)，即整個(gè)氣體減壓閥在管道或基座上頻繁顫動(dòng)，其原因是由于管道或基座劇烈振動(dòng)，引起整個(gè)氣體減壓閥振動(dòng)。此外還與頻率有關(guān)，即當(dāng)外部的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相等或接近時(shí)受迫振動(dòng)的能量達(dá)到值、產(chǎn)生共振。另一種狀態(tài)是氣體減壓閥閥瓣的振動(dòng)，其原因主要是由于介質(zhì)流速的急劇增加，使氣體減壓閥前后差壓急劇變化，引起整個(gè)氣體減壓閥產(chǎn)生嚴(yán)重振蕩。

 　　氣蝕振動(dòng)

  氣蝕振動(dòng)大多發(fā)生在液態(tài)介質(zhì)的氣體減壓閥內(nèi)。氣蝕產(chǎn)生的根本原因在于氣體減壓閥內(nèi)流體縮流加速和靜壓下降引起液體汽化。氣體減壓閥開(kāi)度越小，其前后的壓差越大，流體加速并產(chǎn)生氣蝕的可能性就越大，與之對(duì)應(yīng)的阻塞流壓降也就越小。

 　　流體動(dòng)力學(xué)振動(dòng)

 　　介質(zhì)在閥內(nèi)的節(jié)流過(guò)程也是其受摩擦、受阻力和擾動(dòng)的過(guò)程。湍流體通過(guò)不良繞流體的氣體減壓閥時(shí)形成旋渦，旋渦會(huì)隨著流體的繼續(xù)流動(dòng)的尾流而脫落。這種旋渦脫落頻率的形成及影響因素十分復(fù)雜，并有很大的不確定性，定量計(jì)算十分困難，而客觀卻存在一個(gè)主導(dǎo)脫落頻率。當(dāng)這一主導(dǎo)脫落頻率（亦包括高次諧波）在與氣體減壓閥及其附屬裝置的結(jié)構(gòu)頻率接近或一致時(shí)，發(fā)生了共振，氣體減壓閥就產(chǎn)生了振動(dòng)，并伴隨著噪聲。振動(dòng)的強(qiáng)弱根據(jù)主導(dǎo)脫落頻率的強(qiáng)弱和高次諧波波動(dòng)方向一致性的程度來(lái)確定的。

 



 

4 減壓閥后管道振動(dòng)解決方案結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)減壓裝置后管道疲勞破壞進(jìn)行分析研究，結(jié)合現(xiàn)有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)國(guó)際上的減壓裝置疲勞設(shè)計(jì)方法進(jìn)行著重介紹，并解釋了其理論基礎(chǔ)，分析了其設(shè)計(jì)要點(diǎn)，最后通過(guò)案例對(duì)使用方法進(jìn)行詳細(xì)分析， 通過(guò)實(shí)例計(jì)算對(duì)管道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并最終應(yīng)用于實(shí)際工程項(xiàng)目之中。