Vibration, dynamics and noise
formerly BETA Machinery Analysis and SVT Engineering Consultants
知识中心
管道振动案例
这里的案例说明了多种管道振动问题。客户需要进行高级振动分析来解决这些动态振动问题：流激振动（FIV）、声激振动（AIV）、以及其他常见问题。北塔建议，在设计阶段即进行管道振动评估，以避免在投产运行后，再进行昂贵的管道改造。
1 氢/丁烷气体压缩机（FIV案例）
该炼油厂使用了大型离心式压缩机。其管道系统如下所示（左图）。振动问题发生在为三个干燥机给气的汇管处。
正常情况下，气体经过两个干燥机，并未发生振动问题。当操作变化时，操作员仅使用一台干燥机。当气体只流经一台干燥机时，操作员测量到了汇管发生了较大振动，如红色箭头所示位置（上右图）。
客户雇佣了北塔现场团队进行问题的分析和处理。北塔在现场测量了固有频率、振动位移、压力脉动、操作振形以及其它参数。经过结果评审，确认了振动是由复杂的FIV问题引起的。请注意，FIV也被称为涡流分离或涡旋脱落。
一种解决方案是，通过改变进料汇管的长度，以及干燥机A和B进料阀间的距离，消除流体引发的激励。该做法代价昂贵，因此北塔设计了新方案，在特定位置安装支架，从而转移机械固有频率，避免共振。
我们建议在设计阶段，即为离心式压缩机系统进行FIV风险评估，可以避免投产运行后，再进行昂贵的管道改造。
2 涡轮膨胀机/增压式压缩机（FIV案例）
该深井燃气厂，需要工艺手段，去除天然气流中的乙烷和丙烷。为了节省能源，使用了涡轮膨胀机，来代替低效昂贵的焦耳汤普森阀门(Joule-Thompson Valve)。
该公司委托北塔来处理高架进气管道系统的严重振动问题。由于问题过于严重，导致操作人员担心管道故障事故，不愿意进入现场。如下图所示，该管道系统非常复杂，并有很多无连通管路。
 |
 |
北塔测量到15Hz时进气无连通管路的较大脉动，其与计算出的斯托哈尔频率(Strouhal frequency)一样。这就确定了，该激励力是由15Hz脉动引起的，是一个FIV问题。
标准的FIV问题，会在四分之一波长脉动固有频率（ANF）和激励频率（15Hz脉动）重合情况下发生；但在本例中的问题，比标准FIV问题要复杂的多。我们检测、分析了所有相关的盲管，发现没有一个符合15Hz频率（四分之一波长ANF）。
那么，如何解释这种管道共振和剧烈振动呢？
在评审了管道几何的更多细节之后，北塔发现组成汇管和盲管的整个管道部分有15Hz的ANF——这是很罕见的。在发现了FIV问题的根源之后，北塔即提出了减缓共振问题的改造建议。
该案例说明，评估ANF问题可能会非常复杂，需要专业的脉动分析工具以及分析技术。北塔的软件工具能提供高性价比的方法，在设计阶段即可辨别并避免此类风险。
3 离心式压缩机的FIV和AIV分析
客户雇佣北塔，为发电用的大型离心式压缩机进行管道振动评估。当该压缩机的循环阀处于40%开启状态时，检测到比23%开启状态时，更大的管道振动。
下图显示，主管道系统包括了热循环管和冷循环管。高振动区域如虚线圆圈所示。北塔的工程设计团队辨别出了许多可能发生FIV和AIV的区域，其都有可能成为激励源。
我们详细评估每个潜在的FIV和AIV区域，包括不同的操作工况（流量、温度等）。通过深入分析，北塔确定了可能导致问题发生的一个FIV区域和一个AIV区域。
建议改造阀芯，以降低AIV问题的风险。要减轻FIV问题，则需要避免特定的流量。这种方法并不是每次都有效的，因此需要提供其他方法。该案例就说明了FIV和AIV结合风险，对管道系统产生的影响。
4 商用燃气管道的振动问题（燃气厂案例）
 |
 |
在亚洲的一个天然气厂，30英寸（75厘米）的商用天然气管线存在高振动问题。在安装了新的噪音控制压力阀门后，主管道在高流/高压降工况时，会出现明显的振动。北塔员工执行了现场振动调查，设法找到控制管道振动和整体性问题的可能方案。
基于现场分析，控制阀上游管线的振动是由气流诱发的激励（FIE，也叫做FIV）引起的，发生于气体流经盲管时。盲管产生涡流，并被盲管中的驻波放大。脉动经管道传播并引起了振动。
有三个方案可以减轻激励力。这些选择包括：改造旁路阀的操作；略微改动无连通管路的接口处；以及通过移除回收阀，对管道的几何布局进行改动。
某些气流条件下，在膨胀循环管道中，能观察到非常高的振动。这些区域的管道支撑松散，管道系统中的不平衡力会导致这些管线中的高振动。如果FIV产生于控制阀附近的无连通管路，并无法控制，则可通过加固膨胀循环管道的刚度来控制振动。北塔为弯头处的支撑梁提出推荐方案。除了这些管道支撑建议之外，还需要进行管道应力分析，以保障这些另加支撑不会产生热应力问题。
相关网页
管线振动实际举例 • 管道支架刚度, GMRC研究项目 • 管道设计注意事项 • 振动分析的成功要诀 • 小口径管道的瞬态工况 • 压缩机、泵、以及管道系统控制振动风险的整体性方法 •
Free webinar
Learn how to solve complex vibration problems with advanced troubleshooting techniques to keep your facility running smoothly, with minimal downtime. Register now
