管道振动风险评估

管道系统的振动风险评估是公司的一项重要分析业务。管道振动可能由多种因素引起,包括流致振动、脉动、声致振动、小支管振动等。振动风险评估的目的在于降低管道振动失效的风险。

公司依据Energy Institute (EI) 颁布的“Guidelines for the Avoidance of Vibration Induced Fatigue Failure in Process Pipework, 2nd edition (2008)”,结合使用VibTech定量评估工具以及Bentley PULS和AutoPIPE软件,实施管道系统的振动风险评估。

下图显示了某海上平台原油外输泵管道系统。公司在其设计阶段进行了FIT、FIP、AIV和SBC等振动风险评估,以改进管道系统的设计可靠性。

LF 14-4 海上平台原油外输泵管道系统

流致振动

流致振动(FIT)存在于直管段管壁处的湍流边界层,以及系统中主要的不连续流动处,如弯头,部分关闭的阀门,三通和异径接头。引起流致振动的激励能来自流体的动能,该动能部分取决于流体的速度和密度,并可以产生低频(低于100 Hz)的激励能。如果该频率与管道的固有机械频率一致,则会导致高水平的振动。

三通处的FIT示例 (引自EI Guideline 2008)

FIT 评估结果

脉动振动

脉动振动(FIP)是由流经管道系统中封闭支管的流动引起的,它会导致涡流在特定频率下脱离。当这些涡流脱离频率与支管的固有声学频率一致时,则会发生振动放大。脉动产生的原理示意图如下图所示。

封闭支管处的FIP示例 (引自EI Guideline 2008)

FIP 脉动分析模型 

声致振动

声致振动(AIV)是由安全阀、控制阀和孔板等减压装置产生的高频激励(通常为500Hz至2000Hz)。气体系统中的AIV会引起管壁振动,并可能导致快速失效(数小时内)以及过多的噪音问题。

AIV评估流程 I (引自EI Guideline 2008)

AIV评估流程 II (引自EI Guideline 2008)

小支管振动评估

小支管振动评估(SBC)用来评估每个激励源对主管道上管径小于2英寸的小支管的影响。SBC会受到振动问题的影响,尤其是存在设计不合理和支撑不足的时候。这意味着即使对主管道实施足够的支撑,相连的小支管也会存在振动的风险。

小支管振动评估的目的在于找出设计不合理和支撑不足的小支管,改进设计并将其合适地固定在主管道上,同时尽可能地减少小支管的长度。

小支管没有进行合适的支撑

小支管进行了合适的支撑