减压阀后管道振动解决方案

减压阀后管道振动解决方案

在流程工业的管道系统中，减压装置(如减压阀、控制阀和孔板)广泛存在。随着新建装置减压排放系统压差和流量的逐渐增大，暴露出的振动噪声问题逐渐增多，如减压阀相连的异径管焊缝开裂泄漏故障、装置试车时直接放空导致系统噪音过大等。对这类问题进行理论分析，根据实际设计需求介绍相应国际标准，并给出相应判定公式和评定方法，同时提出有针对性的解决方法。在使用的时候也是会产生振动的，尤其是时候长时间的，在减压的时候会有振动、噪音因素产生，如果我们发现震动声比较激烈的，我们应该考虑更换了，或者需要进行维修。

减压阀后管道振动解决方案关键词：减压阀；声学诱导振动(AIV)；失效系数

气体系统经过减压装置(如减压阀、控制阀和孔板)时，会产生高频率的声学能量，它和压差、流量成正比，高频的声学能量以声波的形式在管道内传播，激发出管道高阶的振动模态，振动形式从梁振动模态转化为壳体振动模态。这种类型振动由于频率很高、振幅很小，不易观察，但由于频率很高，在管道连接的应力集中处产生高的动态应力水平，使连接处很容易达到疲劳极限，引发疲劳裂纹，形成泄漏，造成管道失效。我们称这类振动为声学诱导振动，。管道在时的管道壳体振动模态见，从中可以看出，在支管处的应力水平，并且管道的模态变形十分剧烈，阶次很高。

1减压阀后管道振动解决方案 管道壳体振动失效的相应国际标准

由于振动频率过高，在高频率处模态振型相对集中，避开共振模态的方法并不合适，故只能在降低其振动的声学能量方面入手。现代工业由于现场情况复杂，流量随时变化，条件也各不相同，为了能得到相对准确的数据，工程师主要从各项案例中总结经验公式并进行推广应用。归纳了36个减压系统案例，其中，9个产生疲劳失效的案例，用A-H表示，其他未失效案例用数字1-27表示，计算出各案例声学能量和管道直径的关系，并定出疲劳的分界线，当高于这个标准时，管道易出现疲劳实效。由于工业界数据获取困难，这成为以后工业标准的理论和实践基础。

对其进行更新并发布了第二版。这一标准是针对日益增加的流程管道失效故障制订，对各类失效问题进行分类，并提出相应的设计，变更方案，保障管道有效运行。针对AIV，标准提供了如下声能计算公式——声功率级PWL的表达式，此公式应用于计算减压阀等源头处的声能。对于减压阀后不连续处的声能计算应用公式，可以看出，不连续处距离越远，管径越小，可以减小声能。

2减压阀后管道振动解决方案 降低管道AIV的改进方法

对于LOF值不大于1的管系，增加管道壁厚是一个简单有效降低LOF值的方法，根据文献1，得出了声能与径厚比的关系，可以不通过表格 T2-6复杂的计算，就能对系统进行简单判断，节省0.5<LOF≤1这一部分的计算分析。标准主要从两方面介绍了改进方法：一是减少激发能量；二是减小系统响应。降低管道AIV的改进方法见。从管道方面主要可以从改变管道长度、改变壁厚和减少系统不连续位置这三方面入手。如果增加壁厚可以使LOF降到0.5以下，应使用增大壁厚的方法，但根据BP公司设计规定，壁厚大于19mm(3/4″)的情况不常见。

一、机械振动产生的噪音

减压阀的零部件在流体流动时气动调节阀会产生机械振动，机械振动又可分为两种形式：

① 低频振动。这种振动是由介质的射流和脉动造成的，其产生原因在于阀出口处的流速太快，管路布置不合理以及阀活动零件的刚性不足等。

② 高频振动。这种振动在阀的自然频率和介质流动所造成的激励频率一致时，水力控制阀将引起共振，它是减压阀在一定减压范围内产生的，而且一旦条件稍有变化，其噪音变化就很大。这种机械振动噪音与介质流动速度无关，多是由于减压阀自身设计不合理产生。减小机械振动噪声的措施是，合理地设计减压阀衬套和阀杆的间隙、机械加工精度、阀的自然频率以及活动零件的刚性，正确地选用材料等。

二、流体动力学噪音

流体动力学噪音是由流体通过减压阀的减压口之后的紊流及涡流所产生的，其产生的过程可以分为两个阶段：

① 紊流噪音，即由紊流流体和减压阀或管路内表面相互作用而产生的噪音，其频率和噪音级都比较低，一般并不构成噪音问题。

② 汽蚀噪音，即减压阀在减压过程中，当流体流速达到一定值时，流体(液体)就开始汽化，当液体中的气泡所受到的压力达到一定值时，就会爆炸。气泡在爆炸时，要在局部产生很高的压力和冲击波，自力式调节阀这个冲击瞬间压力可达196 MPa，但是远离爆炸中心的地方，压力急剧衰减。这个冲击波是造成减压阀汽蚀和噪音的一个主要因素。（阀门生产厂家:山东国威阀门制造有限公司）减小机械振动噪声的措施是在设计减压阀时，必须把减压阀的减压值控制在临界值以下，而且，是在Δp初始以下,因为减压阀的实际减压值达到Δp初始值时，液体就开始产生汽蚀，而且噪声将急剧增大。自力式控制阀此外，还要注意相对于阀瓣的流体介质的流动方向。

三、空气动力学噪声

当蒸汽等可压缩性流体通过减压阀内的减压部位时，流体的机械能转换为声能而产生 综上所述，从根本上来说，减压阀产生噪音都跟自身的设计和制造工艺有关。

一般的配管方法是在减压阀后逐级变径汇入总管，这带来两点问题：一是多处变径带来多处焊接点，易失效位置增加；二是管径变大，D/t变大，通过式(2)得出系统承受破坏能力减弱，多次现场管道泄漏都发生在这些变径处，故应使不连续处尽量远离减压源头，即只在汇入主管处有三通接头，中间不变径。

3 减压阀后管道振动解决方案具体应用方法

英国BP公司将这一标准引入企业设计管理规定，并将其应用于实际工程设计之中。具体计算方法如下：管道介质在安全阀后进行减压，首入DN200管道，然后变径为DN400，最后汇入DN600总管，壁厚为标准壁厚std。工艺参数见。减压阀的振动与噪声根据其诱发有种各种各样的原因，但总共可以分为机械振动、气蚀振动和流体动力学振动这几个原因。

 　　机械振动

 　　机械振动根据其表现形式可以分为两种状态。一种状态是气体减压阀的整体振动，即整个气体减压阀在管道或基座上频繁颤动，其原因是由于管道或基座剧烈振动，引起整个气体减压阀振动。此外还与频率有关，即当外部的频率与系统的固有频率相等或接近时受迫振动的能量达到值、产生共振。另一种状态是气体减压阀阀瓣的振动，其原因主要是由于介质流速的急剧增加，使气体减压阀前后差压急剧变化，引起整个气体减压阀产生严重振荡。

 　　气蚀振动

  气蚀振动大多发生在液态介质的气体减压阀内。气蚀产生的根本原因在于气体减压阀内流体缩流加速和静压下降引起液体汽化。气体减压阀开度越小，其前后的压差越大，流体加速并产生气蚀的可能性就越大，与之对应的阻塞流压降也就越小。

 　　流体动力学振动

 　　介质在阀内的节流过程也是其受摩擦、受阻力和扰动的过程。湍流体通过不良绕流体的气体减压阀时形成旋涡，旋涡会随着流体的继续流动的尾流而脱落。这种旋涡脱落频率的形成及影响因素十分复杂，并有很大的不确定性，定量计算十分困难，而客观却存在一个主导脱落频率。当这一主导脱落频率（亦包括高次谐波）在与气体减压阀及其附属装置的结构频率接近或一致时，发生了共振，气体减压阀就产生了振动，并伴随着噪声。振动的强弱根据主导脱落频率的强弱和高次谐波波动方向一致性的程度来确定的。

4 减压阀后管道振动解决方案结语

本文主要针对减压装置后管道疲劳破坏进行分析研究，结合现有国际标准，对国际上的减压装置疲劳设计方法进行着重介绍，并解释了其理论基础，分析了其设计要点，最后通过案例对使用方法进行详细分析， 通过实例计算对管道进行优化设计，并最终应用于实际工程项目之中。