在切管机对压力管道进行切割作业时,不仅要完成管道的切割任务,还要保证在管道切割作业中人身、设备及管道系统的安全,确保完成管道系统切割后的有序恢复和安全生产。因此,在进行管道切割前要充分了解管道材质及切割的点位及其它存在的危险因素。
尤其是在化工生产中,动、静设备通过管道串联来完成工艺流程。在压力和流速的作用下,管道壁上会承受流体动压力。在管道切割作业中,非定常的管流会引起管道的振动。动力设备、管道切割机在作业时的振动和外部环境的激励使管道产生随机振动。管线如果受到振动会产生疲劳破坏,尤其是在应力集中处。因此,在管道切割作业中要重视和解决管道振动产生的原因和解决方法。
1.压力管道的振动原因分析
管道内的流体在流过管道过程中,由于管路的弯头、管径变化等因素,不可避免地有流速、压头的变化,这样就产生了管道振动问题。如管道系统中活塞式压缩机、往复泵,由于吸、排量的间歇性和周期性使管流的压力、速度、密度等参数既随位置变化,又随时间变化。管流的压力、速度、密度等参数随时间呈周期性变化的现象称为管流脉动。管流脉动是引起管道及附属设备振动的主要原因。
此外,在进行管道切割过程中,切管机的铣刀对管道壁的切割作业同样也会产生周期性和间歇性的振动。尤其是遇到管道应力突变时和瞬时冲击,管道就要发生复杂的振动,这些振动将对管道发全和寿命有一定的影响,严重时会造成不可预估的后果。
根据管道振动理论,管道、支架和相连设备构成了一个结构系统,在有激振力的情况下,这个系统就会产生振动。管道振动分为两个系统,一个是管道系统,另一个是流体系统。
压力管道的激振力可来自系统自身或系统外部。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,每当压缩机的汽缸吸排气时,管内气柱便受到干扰而呈现振动。
机械固有频率。管道系统是连续弹性体,存在关结构固有频率。
管流脉动引起的振动。管道流体在压缩机或泵的作用下处于脉动状态,当遇到弯管头、异径管、控制阀、盲板等管道元件时,产生一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会产生振动。
液击振动。液击造成管道内压力的变化有时很大,严重时可使管子爆裂。
管道内流体流速过快,形成湍流边界层分离而形成涡流,从而引起振动。
2.压力管道振动消除措施
2.1改变气柱固有频率,避开气柱共振
管系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、支管长、支管位置以及流体的种关和温度等等。改变管道和容器的尺寸以及它们的配置方式相对来说是比较容易实现的,工程上采用这种方法较多。
2.2消减气流振动
调整气柱固有频率,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。
2.3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。
3.在切割压力管道时,应当做好以下几点:
3.1管道切割点位的选择。尽量选择管道系统中存在缓冲器10-15米左右进行切割作业,以减少管道切割时的振动对管道内的不稳定气体及液体长时间受到振动的影响,从而引发危险。
3.2限制管道切割作业区域内的车辆行驶或禁止,设置明显的标志。
3.3选用振动较小,刀片切割较硬质的刀片,如XJ-DX系列刀片,可以明显改善在管道切割作业期间对管道振动的现象。
3.4管道切割作业时,使用吊装设备对管道进行预紧吊装,可以有效减少管道切割作业过程中管道的应力和因管道切割而形成的振动。