液氧活塞泵出口波纹管多次爆裂的处理措施

冶　金　动　力　ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ　ＰＯＷＥＲ　２０１１年第４期　总第１４６期　

液氧活塞泵出口波纹管多次爆裂的处理措施　

李辉　

（马鞍山钢铁股份有限公司气体分公司，安徽马鞍山２４３０００）　

【摘要】分析并查找出了往复式液氧活塞泵出口不锈钢波纹软管多次爆管断裂的原因，提出了整改的意　见和措施，消除了故障和安全隐患，起到了生产后备保障系统的作用。　【关键词】液氧活塞泵；波纹管；爆裂；紫铜弯管；膨胀节　【中图分类号】ＴＱ０５１．５　【文献标识码】Ｂ　【文章编号】１００６—６７６４（２０１　１）０４—００４０—０３　

Ｄｉｓｐｏｓａｌ　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｂｅｌｌｏｗｓ　Ｂｕｒｓｔｉｎｇ　ｉｎ　Ｏｕｔｌｅｔ　

ｏｆ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｏｘｙｇｅｎ　Ｐｉｓｔｏｎ　Ｐｕｍｐ　Ｍａｎｙ　Ｔｉｍｅｓ　

ＬＩ　Ｈｕｉ　

∞Ｂｒａｎｃｈ，Ｍａａｎｓｈａｎ　Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｍａａｎｓｈａｎ，Ａｎｈｕｉ　２４３０００，Ｃｈｉｎａ）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｂｕｒｓｔｉｎｇ　ｍａｎｙ　ｔｉｍｅｓ　ｏｆ　ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ　ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ　ｐｉｐｅ　ｉｎ　ｏｕｔｌｅｔ　

ｏｆ　ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ　ｌｉｑｕｉｄ　ｏｘｙｇｅｎ　ｐｉｓｔｏｎ　ｐｕｍｐ　ｗｅｒｅ　ｆｏｕｎｄ　ｏｕｔ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｏｐｉｎ—　ｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｗｅｒｅ　ｏｆｆｅｒｅｄ．Ｉｔ　ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ　ｆａｕｌｔｓ　ａｎｄ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｓａｆｅｔｙ　ｈａｚａｒｄ，ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ　

ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ｓｍｏｏｔｈｌｙ。　

【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】ｌｉｑｕｉｄ　ｏｘｙｇｅｎ　ｐｉｓｔｏｎ　ｐｕｍｐ；ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ　ｐｉｐｅ；ｂｕｒｓｔｉｎｇ；ｒｅｄ　ｃｏｐｐｅｒ　ｂｅｎｔ　

ｐｉｐｅ；ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ｊｏｉｎｔ　

１　引言　

往复式低温液体活塞泵也是一种往复式压缩　

机，不过所压缩的介质是低温液体。２０１０年４月马　

钢气体公司购置了一台某低温工业设备有限公司生　

产的ＴＢＰ１５０００—２５０００／３０型往复式低温液体活塞　

泵，用于液氧气化装置。工艺流程是常压贮槽来的液　

氧，经往复式液氧泵升压至２．５　ＭＰａ，进入水浴式汽　

化器复热后输送管网，作为生产的后备保障系统（即　

制氧机组跳车或者管网压力低时使用）。该泵的技术　

参数如下：　

输送介质：液氧　

型式：卧式，三缸，活塞泵　

流量：１５０００～２５０００　

最大出口压力：３．０　ＭＰａ　

最小进口压力：０．０２　ＭＰａ　

缸径：８０　ｍｍ　

行程：９０　ｍｍ　

电机转速：１３２～１３２０　ｒｌｍｉｎ　

功率：３７　ｋＷ　

该泵主要由电机、皮带轮、传动箱和泵头组成。　

泵驱动端的作用是将电机的旋转运动转变为往复运　动，并将电机的输出功率传递给泵头压缩端，电机通　

过皮带轮、偏心轮、连杆和十字头等部件来完成转　

换。泵头由缸套、缸体、活塞组件、密封器、排液阀组　

成，其主要部件均为不锈钢材料制成。　

泵到现场后，立即进行安装。按照厂家指导说明　

书，安装时为了消减管道内压力脉动所引起的振动，　

以及因温度影响而引起的热胀冷缩所产生的位移，　

同时考虑现场场地的限制，三个进口管和三个出口　

管均采用厂家推荐的长度为２００　ｍｙｎ的不锈钢波纹　

管（软管）。经过近一个月的安装，２０１０年５月７日　

进行试车，谁知运转不到４个小时，由于管道内压力　

脉动引起的振动太大，三个出口的不锈钢波纹管有　

两根爆管断裂。后来经过改造，增加支撑，加长波纹　

管到３００　ｍｉｌｌ，增加不锈钢波纹管壁厚等等措施，虽　

然振动有所降低，最长有时能够运行近一周时间但　

不锈钢波纹管仍然承受不了由于管道内压力脉动所　

造成的爆管断裂。在不到５个月的时间内，已损坏　

３６根不锈钢波纹管，造成直接损失３万余元，给生　

产造成很大影响。　

２存在问题及分析　

２．１

　波纹管的作用　２０１１年第４期　总第１４６期　冶　金　动　力　ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ　ＰＯＷＥＲ　４１　

皮带轮　

不锈钢波纹软管（人口）　＿一　

鼙　（出口）　

图１　液氧活塞泵设备视图　膨胀节也称补偿器，是一种弹性补偿装置，主要　能够起到减振、消音等作用，因此被各行业广泛采　

用来补偿管道或设备因温度影响而引起的热胀冷缩　用。　

位移（有时也称热位移）。膨胀节的补偿元件是波纹　２．３波纹管的使用范围　

管。在使用过程中，波纹管除产生位移（变形）外，往往　不锈钢波纹软管膨胀节可以在高频率和低振幅　

还要承受一定的工作压力。因此，膨胀节也是一种承　的振动场合下使用，但不适合于低频率和高振幅的　

压的弹性补偿装置。所以，保证其安全可靠地工作是　振动场合。由于压力脉冲会通过流动介质传递到波　

十分重要的。　纹管以外的地方去，因此，当系统的振动是由压力脉　

我们安装在往复式液氧活塞泵进、出口管路上　冲引起时，是不能用设置波纹管来消除的。当在压缩　

的这种金属波纹管。作为泵用软联接管应用在液氧　机、真空泵和柴油机等的管道系统中设置金属波纹　

活塞泵的进、出口管路上。在液氧活塞泵的进、出口　管时，管路配置的一些连接件应消除机器的激发频　

管路上安装的不锈钢波纹软管膨胀节来补偿管路的　率、管道内的气流固有频率、管系结构的固有频率和　

热膨胀，减小管路热膨胀对泵的推力，吸收泵运行产　波纹管的自振频率不相重合。在盲目配管时，有可能　

生的振动。既要能承压，又要能起到隔振和热位移补　使以上某几种频率相等或相近，此时，管系将发生强　

偿。因此金属波纹膨胀节在泵的运行过程中作用显　烈的振动。总之，在设计装有波纹管的管系时，应确　

得尤其重要。　保管系上的振动频率不相重合以及振动载荷不会损　

２．２不锈钢波纹软管的构成　害波纹管的性能。　不锈钢波纹软管膨胀节是由不锈钢波纹管外编　在膨胀节的实际应用中，当波纹管的自振频率　

一层或多层钢丝或钢带网套，两端配以接头或法兰，　和系统中的任一振动频率相同或相近时，就会产生　

用于输送各种介质的柔性元件。主要零件材料是由　共振。这样，一方面使波纹管的寿命大大降低，另一　

奥氏体不锈钢组成，是应用在现代工业和管路中的　方面将引起管道和法兰等应力集中部位发生疲劳断　

挠性连接管件，具备良好的柔软性、耐蚀性、抗疲劳　裂。因此，如何把波纹管的自振频率与系统振动频率　

性、耐高、低温（一１９６　ｏＣ一＋４２０℃）等特点，作为一种　隔开，以防止发生共振，是十分必要的。　

柔性耐压管件安装于液体输送系统中，用以补偿管　特别是当波纹管作为消振元件使用时，波纹管　

道或机器、设备连接端的相互位移，吸收振动能量，　的刚度（抵抗弹性变形的能力）

尤其显得重要。这台　４２　冶　金　动　力　ＭＦｒＡＩ．ＬＵＲＧＩＣＡＬ　ＰＯＷＥＲ　２０１１年第４期　总第１４６期　

ＴＢＰ１５０００—２５０００／３０型往复式低温液体活塞泵，由　

于现场场地限制，配置的管系结构紧凑，阀门较多，　

出口端直管段较短，容易产生激振频率，只有增添管　

道支承，才能显著地改变管道机械固有频率，从而避　

免与激振力形成共振。但是进出口管道已无法在地　

面增加支承，那么如何来解决金属波纹膨胀节使用　

寿命极低，经常损坏，对生产造成很大影响这个问题　

呢？经过查阅有关资料，查找出解决的途径是改变波　

纹管的刚度（　）和改变配管长度　，以及增添管道　

支架等方法，使它们相互错开，避免共振。那么既然　

增添管道支架和配管长度都已无法实施，只有增加　

波纹管的刚度。　

３解决方案　

改变材质，提高刚度，采用紫铜管（既提高了刚　度，又有一定的韧性），靠我们自己的检修力量，煨制　

紫铜管作为膨胀节使用，提高波纹管的刚度。　

方法是：使用０４０×４　ｒａｉｎ紫铜管约１０００　１１１１１１　

长，根据进出管口的具体位置，退火后煨制成接近　

９０。的弯管作为出口连接管，让这个紫铜弯管作为　

膨胀节使用，连接到三个出口端，进口端仍然使州不　

锈钢波纹管。　

４结论　

改造完成后，频繁启动运行上百次，至今从未发　

生爆管事故，彻底解决了困扰了大半年的设备难题，　真正起到了生产的后备保障系统的作用，给公司带　

来了显著的经济效益。　

收稿日期：２０ｌ１—０５—２４　作者简介：李辉（１９６４一），男，高级工程师，现从事制氧设备管理工　作　

（上接第３页）且在典型次谐波次数和谐波分布趋势　

上，能够模拟直流电弧炉运行特点。　

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图７直流电弧炉交流侧电流实测和仿真对比　

图８直流电弧炉交流侧电流频谱分析对比　为检验建立模型的精确度，可引入模型基波和　

谐波误差度。分别定义为基波（或谐波）实测与仿真　

有效值之差与基波（或谐波）实测有效值的百分比　

值。这两个误差度定义度量了实测和仿真结果的偏　

差在实测中的比例。误差度的数值越小，模型的准确　

度越高。表ｌ为建立的直流电弧炉模型实测与仿真　

结果的误差度。从中可看出建立的模型比较精确，模　

型误差度已控制在５％以内。　

表１　直流电弧炉模型误差度　

由以上仿真结果可以看出，实际系统中，直流电　弧炉对网侧电流的影响主要是产生２～５次低次谐波　

以及１７、１９次高次特征谐波。仿真结果也很好地反　

映了这一点。所以仿真结果与实际数据的分析是相　

符的，建立的模型较好地模拟了实际的直流电弧炉　

系统运行。　

６结论　

在参考电弧Ｖ—Ｉ特性曲线拟合法的改进思路基　

础上，结合现场实际情况，可对直流电弧炉系统制定　

出具体的建模方案。并在现场实测数据的基础上实　

现模型的误差度验证。最终的仿真和实测结果对比　

表明，模型较好地模拟了实际的直流电弧炉系统运　

行，其模型误差度仅在５％左右，直流电弧炉模型满　

足建模要求，建立的模型是有效的。　

［参考文献】　

【１】Ｓｒｉｎｉｖａｓ　Ｖａｒａｄａｎ，Ｅｌｈａｍ　Ｒ　Ｍａｋｒａｍ　ａｎｄ　Ａｄｌｙ　Ａ　Ｇｉｒｇｉ￣Ａ　ｆｌｅｗ　ｔｉｍｅ　ｄｏｍａｉｎ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｓｏｕｒｃｅ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ａｌｌ　ａｒｃ　ｆｕｍａｃｅ　ｕｓｉｎｇ　ＥＭＴ１’【Ｊｊ，　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　Ｏｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｅｌｉｖｅｒｙ，１９９６，１１（３）：１６８５－１６９１．　【２】Ｄ．Ｓｔａｄｅ．Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｄ．Ｃ．Ａｒｃ　Ｆｕｒｎａｃｅ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｒ］，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＩＥＥＥ　７ｔｈ　Ｉｎｔｅｒ－　ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｈａｒｍｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　ＱｕＭｉ￣ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ（ＩＣｔｔＱＰ），　ａｔ　ＮＴＵＡ，Ａｔｈｅｎｓ，Ｇｒｅｅｃｅ，１９９８，１０８６－１０９１．　【３］刘小河．电弧炉电气系统的模型、谐波分析及电极调节系统自适　应控制的研究【Ｄ】．西安：西安理工大学博士论文，２０００．　【４］郭继红，颜湘武．用于谐波分析研究的电弧炉系统的模型和仿真　叫．继电器，２００５，３３（８）：３１—３７．　［５］钱峰，顾建军，李凯，周佃民．电弧炉模型分析与评价［Ｊ］．冶金动　力，２００６，１　１８（６）：１—３．　收稿日期：２０１１～０３—１５　作者简介：顾建军（１９７５一），男，博士，高级工程师，现主要从事供配电　系统研究工作。　一一～一一一一一一一一一　基　一　凰屠；