減壓閥后管道振動解決方案

 

減壓閥后管道振動解決方案

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，暴露出的振動噪聲問題逐漸增多，如減壓閥相連的異徑管焊縫開裂泄漏故障、裝置試車時直接放空導(dǎo)致系統(tǒng)噪音過大等。對這類問題進(jìn)行理論分析，根據(jù)實際設(shè)計需求介紹相應(yīng)國際標(biāo)準(zhǔn)，并給出相應(yīng)判定公式和評定方法，同時提出有針對性的解決方法。在使用的時候也是會產(chǎn)生振動的，尤其是時候長時間的，在減壓的時候會有振動、噪音因素產(chǎn)生，如果我們發(fā)現(xiàn)震動聲比較激烈的，我們應(yīng)該考慮更換了，或者需要進(jìn)行維修。

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

 



 

氣體系統(tǒng)經(jīng)過減壓裝置(如減壓閥、控制閥和孔板)時，會產(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)出管道高階的振動模態(tài)，振動形式從梁振動模態(tài)轉(zhuǎn)化為殼體振動模態(tài)。這種類型振動由于頻率很高、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。我們稱這類振動為聲學(xué)誘導(dǎo)振動，。管道在時的管道殼體振動模態(tài)見，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減壓閥后管道振動解決方案 管道殼體振動失效的相應(yīng)國際標(biāo)準(zhǔn)

由于振動頻率過高，在高頻率處模態(tài)振型相對集中，避開共振模態(tài)的方法并不合適，故只能在降低其振動的聲學(xué)能量方面入手?，F(xiàn)代工業(yè)由于現(xiàn)場情況復(fù)雜，流量隨時變化，條件也各不相同，為了能得到相對準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，工程師主要從各項案例中總結(jié)經(jīng)驗公式并進(jìn)行推廣應(yīng)用。歸納了36個減壓系統(tǒng)案例，其中，9個產(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)高于這個標(biāo)準(zhǔn)時，管道易出現(xiàn)疲勞實效。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)的理論和實踐基礎(chǔ)。

對其進(jìn)行更新并發(fā)布了第二版。這一標(biāo)準(zhǔn)是針對日益增加的流程管道失效故障制訂，對各類失效問題進(jìn)行分類，并提出相應(yīng)的設(shè)計，變更方案，保障管道有效運(yùn)行。針對AIV，標(biāo)準(zhǔn)提供了如下聲能計算公式——聲功率級PWL的表達(dá)式，此公式應(yīng)用于計算減壓閥等源頭處的聲能。對于減壓閥后不連續(xù)處的聲能計算應(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減壓閥后管道振動解決方案 降低管道AIV的改進(jìn)方法

對于LOF值不大于1的管系，增加管道壁厚是一個簡單有效降低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，可以不通過表格 T2-6復(fù)雜的計算，就能對系統(tǒng)進(jìn)行簡單判斷，節(jié)省0.5<LOF≤1這一部分的計算分析。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。從管道方面主要可以從改變管道長度、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)計規(guī)定，壁厚大于19mm(3/4″)的情況不常見。



一、機(jī)械振動產(chǎn)生的噪音

減壓閥的零部件在流體流動時氣動調(diào)節(jié)閥會產(chǎn)生機(jī)械振動，機(jī)械振動又可分為兩種形式：

① 低頻振動。這種振動是由介質(zhì)的射流和脈動造成的，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零件的剛性不足等。

② 高頻振動。這種振動在閥的自然頻率和介質(zhì)流動所造成的激勵頻率一致時，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)械振動噪音與介質(zhì)流動速度無關(guān)，多是由于減壓閥自身設(shè)計不合理產(chǎn)生。減小機(jī)械振動噪聲的措施是，合理地設(shè)計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零件的剛性，正確地選用材料等。

 



 

二、流體動力學(xué)噪音

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

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，其頻率和噪音級都比較低，一般并不構(gòu)成噪音問題。

② 汽蝕噪音，即減壓閥在減壓過程中，當(dāng)流體流速達(dá)到一定值時，流體(液體)就開始汽化，當(dāng)液體中的氣泡所受到的壓力達(dá)到一定值時，就會爆炸。氣泡在爆炸時，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。這個沖擊波是造成減壓閥汽蝕和噪音的一個主要因素。（閥門生產(chǎn)廠家:山東國威閥門制造有限公司）減小機(jī)械振動噪聲的措施是在設(shè)計減壓閥時，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,因為減壓閥的實際減壓值達(dá)到Δp初始值時，液體就開始產(chǎn)生汽蝕，而且噪聲將急劇增大。自力式控制閥此外，還要注意相對于閥瓣的流體介質(zhì)的流動方向。

三、空氣動力學(xué)噪聲

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

一般的配管方法是在減壓閥后逐級變徑匯入總管，這帶來兩點問題：一是多處變徑帶來多處焊接點，易失效位置增加；二是管徑變大，D/t變大，通過式(2)得出系統(tǒng)承受破壞能力減弱，多次現(xiàn)場管道泄漏都發(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 減壓閥后管道振動解決方案具體應(yīng)用方法

英國BP公司將這一標(biāo)準(zhǔn)引入企業(yè)設(shè)計管理規(guī)定，并將其應(yīng)用于實際工程設(shè)計之中。具體計算方法如下：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。減壓閥的振動與噪聲根據(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、氣蝕振動和流體動力學(xué)振動這幾個原因。



 　　機(jī)械振動

 　　機(jī)械振動根據(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，即整個氣體減壓閥在管道或基座上頻繁顫動，其原因是由于管道或基座劇烈振動，引起整個氣體減壓閥振動。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受迫振動的能量達(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，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，引起整個氣體減壓閥產(chǎn)生嚴(yán)重振蕩。

 　　氣蝕振動

  氣蝕振動大多發(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，與之對應(yīng)的阻塞流壓降也就越小。

 　　流體動力學(xué)振動

 　　介質(zhì)在閥內(nèi)的節(jié)流過程也是其受摩擦、受阻力和擾動的過程。湍流體通過不良繞流體的氣體減壓閥時形成旋渦，旋渦會隨著流體的繼續(xù)流動的尾流而脫落。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，定量計算十分困難，而客觀卻存在一個主導(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，發(fā)生了共振，氣體減壓閥就產(chǎn)生了振動，并伴隨著噪聲。振動的強(qiáng)弱根據(jù)主導(dǎo)脫落頻率的強(qiáng)弱和高次諧波波動方向一致性的程度來確定的。

 



 

4 減壓閥后管道振動解決方案結(jié)語

本文主要針對減壓裝置后管道疲勞破壞進(jìn)行分析研究，結(jié)合現(xiàn)有國際標(biāo)準(zhǔn)，對國際上的減壓裝置疲勞設(shè)計方法進(jìn)行著重介紹，并解釋了其理論基礎(chǔ)，分析了其設(shè)計要點，最后通過案例對使用方法進(jìn)行詳細(xì)分析， 通過實例計算對管道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，并最終應(yīng)用于實際工程項目之中。