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节能煤锅炉金属软接头:站场架空振动管道检测方法研究及应用
浏览: 发布日期:2018-04-03

站场架空振动管道检测方法研究及应用

冉文燊  孙明  李恒

中*.种设备检测研究院

 

 
 
 
 
 
 

摘要:管道振动对站场管道的长周期、安全稳定运行带来了*定隐患。当前针对站场管道检测,*内尚未有针对性的检测标准。针对站场架空振动管道的.点,分析了振动的原因和振动的机理,提出了*种针对站场架空振动管道的检测方法。经工程实践表明,该检测方法能够对站场架空振动管道进行有效检测,为类似工程的开展提**定的参考依据。

关键词:振动管道;检测方法;工程应用。

 

 

 

引言

 

随着站场管道数量的急剧增加,因站场管道设计、安装、操作参数改变、改造、维修等诸多因素,导致站场架空管道在运行中存在振动,而管道长期振动会对管理人员、设备主体、精密仪器、临近建筑物带来危害,甚*引发人员.亡或财产损失[1]。如何确保振动管道的安全运行,保证能源*应的安全,成为当前检验检测中亟待解决的问题。针对站场架空管道检测,*内尚未有针对性的站场管道的检标准目前检验检主要参《在用工业管道定期检验规程》(试行的相关要求进行[2],但振动管道相对于非振动管道存在共振、紧固件松动、疲劳失效、泄漏失效等显著区别,采用这种方法的针对性有效性和适用性不强难以确保振动的本质安全。本文在分析振动产生的原因和机理的基础上,提出了*种针对站场架空振动管道的检测方法。

 

站场架空管道振动原因和机理

 

2.1 振动原因

站场架空管道的振动原因有以下几方面[3]

1)设备动力平衡性能差及基础设计不当引起振动。

2)管道内流体流速过快,因而湍流边界层分离而产生涡流,引起振动。

3)管流脉动引起的振动。管道输液()需通过压缩机或泵加压作为动力,这种加压方式是间隙性的,由于间隙加压,管道内的压力在平均值的上下脉动(或称波动),即产生所谓的压力脉动,管流处于脉动状态。脉动状态的流体遇到弯管头、异径管、控制阀、盲板等管道元件,产生*定的随时间而变化的激振力,在这种激振力作用下管道和附属设备产生振动。

2.1 振动机理

站场架空管道的振动主要是由管道结构系统和(或)管内流体系统引起的[4]

 

站场架空振动管道检测方法

 

基于站场架空管道振动原因和机理分析,提出了如下检测方法,如图3.1

 

3.检测方法路线图

 

1)收集、调研振动管道及与管道相连设备的设计、安装运行相关资料.别锚固位置分布[1]

2)参照《在用工业管道定期检验规程》(试行)相关要求对振动管道进行宏观检查,并对管道进行单线图测绘

3)采用专业流场分析软件(FluentANSYS-CFX等)对振动管道管内流体进行流场分析,主要计算管内流体的流场分布、流速分布,重点关注介质对管道的冲击力及管体表面介质流速、剪切力大的部位

4)结合宏观检查及流场分析结果,参照《在用工业管道定期检验规程》(试行)的相关要求,对振动管道有针对性的进行管道壁厚检测、管焊缝缺陷检测及其他检测,为力学分析提*数据支持

5)在前期流程分析及现场检测基础上,对振动管道应用专业力学分析软件进行管结构及应力分析,并建立实体模型对管道局部力学状态进行分析,确定应力集中部位,同时管系结构进行模态分析,已获取振型图及固有振动频率,为减振提*技术支撑;

6)根据应力分析计算的结果,结合管道现场实际情况,选择管件及适当的部位采用X射线衍射应力仪直接测取管道应力分布情况,并与软件计算结果对比分析和评估。

但在进行应力检测时,因注意应力测点布置原则管道总应力由管道运行中的工作应力、管道自重和安装等外界因素引起的弯曲应力、焊接残余应力几部分组成。因此测试应重点选择在上述因素均具备的地方。

7依据管道的受力情况,结合流场分析及应力理论分析结果提出振动减缓措施建议,同时综合管道现场检测评价结果及管道受力情况,.*确定管道的安全状况,提出运行维护建议及措施

 

工程应用

 

4.1资料调查收集

某站场振动管道材质为L360N,管道规格Ф273*6.3mm,投运时间是2014年11月,介质为纯净天然气,压力表为3MPa,出站压力为2.6MPa,设计温度-5070℃,运行温度520℃。通过前期资料调查和现场调研,该管道运行时存在较大振动并伴有管内介质啸叫,初步怀疑振动是因改造管道设计不太合理;流道变化较剧烈;上下游压降较大等因素造成的。

4.2宏观检查及单线图测绘

宏观检查发现管道防锈漆局部破损、破损处锈蚀,支吊架锈蚀,阀门蚀、法兰及紧固件蚀、管道标识不清。振动管道单线图测绘如图4.1所示。

 

 

4.1 振动管道单线图

4.3流场分析

流场分析软件ANSYS-CFX对振动管道进行流场分析,流场分布如图4.2

 

4.2 流场分布

从图4.2可以看出,内流速在-X方向为旋转流动,流速.大的位置出现在图中2号标识处26.92m/s图中1号标识处流速为24.89m/s。因1号与2号的流速较大且方向相反,引发管道水平方向的振动。

4.4管体及焊缝缺陷检测

对流速较大的3个弯头进行超声波测厚发现.大局部减薄0.40mm,位于流速较大处。渗透检测发现1处表面裂纹,缺陷长10mm

 

4.5管系结构力学分析及模态分析

采用有限元分析软件ANSYS对振动管道进行力学及模态分析[5]。振动管道模型如图4.3

4.3振动管道有限元模型

通过ANSYS应力分析计算,得到管道的应力云图(图4.4)和位移云图(4.5)。

 

4.4  应力云图

4.5  位移云图

从以上两图中可以看到,管道应力.大的位置在沿介质流向的.*个支架处与.*个弯头中间位置,.大值为270MPa管道位移.大的位置在放空管道DN60与.三个支架的中间位置,.大值为11mm左右。

通过ANSYS模态分析计算, 1阶振型图(图4.6)及2阶振型图(图4.7)。

 

4.6  1阶振型图

4.7  2阶振型图

通过以上模态分析,可以得到振动管道的主要振动形式为沿X轴的水平振动,振动原因管道内天然气介质冲击.*个弯头和.四个弯头所致,与流程模拟分析及现场实际相符。

4.6应力检测

1)应力检测

参照流场、模态、应力分析结果,选取位移.大点和应力.大点,采用X射线衍射应力分析仪[6,7]对其进行应力检测,现场检测及测点分布如图4.8

图4.8现场应力检测及测点分布

 

2应力检测分析及结果

 

计算得到各点的Mises等效应力。

1)位移.大点

2)应力值大点

4.7提出整改措施及建议

减振建议 1调压阀后设置缓冲器。利用其足够大的容积,可以直接缓冲气流冲击,也同时增大了气流脉动的阻尼系数,而且还可以改变管系与气柱的固有频率。2在现有支承架与管子的中间垫上防振橡胶垫。改变管道的固有频率,使压力脉动的频率及其倍频与管道的固有频率不相吻合;同时还减少管道与支架之间的金属摩擦,防止直接产生摩擦造成噪音和摩擦裂纹而使管路损坏。3在四个弯头处和现场振动较剧烈的地方分别增设管卡和支架,对其进行固定,但不得强行固定在某*点

对锈蚀处打磨并重新防腐;打磨消除表面裂纹。

 

结束语

 

针对站场架空振动管道的.点本文提出的检测方法充分考虑了管道振动的原因和机理,可有效的解决站场振动管道的检测问题,同时提高缺陷检出率。本文仅对站场架空振动管道的检测方法进行了研究,站场埋地振动管道的检测方法,还需进*步开展研究。

 

参考文献

[1] 赵力电.压力管道振动分析.中*设备工程.200701):36-37. 

[2] *质检锅.在用工业管道定期检验规程. [2003] 108[S] 

[3] 周云,刘季.管道振动及其减振技术.哈尔滨工程建筑学院学报.199410):108-114 

[4] 谭平输气管道振动分析天然气工业200525):133-140

[5刘峻伸吴明李少鹏.干线石油管道振动的ANSYS分析. 管道技术与设备.20110216-18 

[6李大林陈鲁张其林. X射线衍射法在既有钢结构应力检测中的应用.施工技术.201009):22-28

[7孟庆元. X射线法残余应力测试原理研究.商品与质量.20112):215.

 

作者:冉文燊,1989生,硕士,工程师,现在中*.种设备检测研究院从事压力管道检验检测与研究工作。