输气管道振动分析

石油化工设计中管道的应力分析在石油化工设备和管道设计中，管道的应力分析是至关重要的一部分。

管道在输送化工产品、原油和天然气等流体过程中承受着巨大的压力和温度变化，因此对管道的应力进行准确的分析和评估是确保设备安全稳定运行的关键。

本文将就石油化工设计中管道的应力分析进行探讨，包括管道的应力来源、应力分析的方法以及如何通过应力分析来优化管道设计。

一、管道应力的来源管道在石油化工生产和运输中承受着各种不同类型的应力，主要包括以下几种：1. 内压力应力：当管道内输送流体时，流体对管道内壁产生压力，这种压力会导致管道内壁产生拉伸应力。

根据管道内部流体的压力大小和管道壁厚度，可以通过公式计算出内压力应力。

2. 外压力应力：当管道埋设在地下或者受到外部负荷作用时，管道外表面会受到外部压力的影响，产生外压力应力。

外压力应力的大小取决于埋深以及地下土壤或其他外部负荷的性质。

3. 温度应力：在石油化工生产中，管道内流体的温度会经常发生变化，管道壁由于温度变化而产生热应力。

当温度升高时，管道会受到膨胀，产生热膨胀应力；当温度降低时，管道会受到收缩，产生热收缩应力。

4. 惯性应力：当管道受到流体在流动中带来的冲击或者振动负荷时，管道会受到惯性应力的作用。

这种应力通常在管道系统启停或者调节流量时发生。

以上几种应力来源综合作用于管道中，会使得管道处于复杂的受力状态，因此需要进行系统的应力分析来保证管道的安全可靠运行。

二、管道应力分析的方法1. 弹性理论分析法：弹性理论分析法是管道应力分析常用的一种方法。

它基于弹性力学理论，通过有限元分析或者解析力学方法，对管道受力、应力分布和应力集中进行计算和分析。

这种方法可以较为准确地预测管道在各种受力情况下的应力状态，但需要复杂的数学计算和较高的专业知识。

2. 经验公式法：经验公式法是一种简化的应力分析方法，常用于一些简单的管道系统。

通过经验公式计算内压力应力、外压力应力和温度应力，并考虑到管道的材料性能和工作条件，可以得到初步的应力估计。

管道弯曲问题的弹性力学分析引言管道是现代工业中不可或缺的设施，广泛应用于输送液体、气体和固体颗粒等物质。

然而，在实际应用中，管道通常会遇到弯曲问题，这可能导致管道的变形和损坏。

因此，对管道弯曲问题进行弹性力学分析，可以帮助我们更好地理解其受力特性，进而优化设计和维护管道系统。

一、管道弯曲的原因管道弯曲的原因主要有两种：外力作用和温度变化。

外力作用包括重力、压力和振动等，而温度变化会引起管道的热胀冷缩。

这些因素都会导致管道产生弯曲应力和变形。

二、弯曲管道的力学模型为了对弯曲管道进行弹性力学分析，我们可以采用梁的力学模型。

将管道视为一根悬臂梁，可以简化问题的复杂性，并得到较为准确的结果。

三、管道弯曲的受力分析在管道弯曲时，受力分析是非常重要的。

首先，我们需要考虑管道的自重作用，即重力对管道的影响。

其次，管道内的流体压力也会对管道产生作用力。

此外，管道的振动和温度变化也会引起额外的受力。

四、管道弯曲的应力分析在管道弯曲过程中，应力分析是评估管道强度和稳定性的关键。

通过应用弹性力学理论，我们可以计算出管道在弯曲过程中的应力分布。

这有助于我们判断管道是否能够承受外力和温度变化的影响，以及预测其寿命和安全性。

五、管道弯曲的变形分析除了应力分析外，变形分析也是管道弹性力学分析的重要内容。

管道在受力作用下会发生弯曲和拉伸，这可能导致管道的变形和位移。

通过计算管道的弯曲角度、拉伸量和位移等参数，我们可以评估管道的变形程度，并进一步优化设计和维护方案。

六、管道弯曲问题的解决方法针对管道弯曲问题，我们可以采取多种解决方法。

一种常见的方法是增加管道的壁厚，以提高其强度和刚度。

另外，可以使用支撑结构来减小管道的变形和位移。

此外，合理的材料选择和施工工艺也可以降低管道弯曲问题的发生概率。

七、案例分析：石油管道的弯曲问题石油管道是管道工程中的重要组成部分，其弯曲问题对于石油输送的安全和稳定性具有重要影响。

以某石油管道为例，我们可以通过弹性力学分析，评估管道在弯曲过程中的受力、应力和变形情况，从而为管道的设计和维护提供依据。

天然气管道风险分析及应急管理摘要：近年来，由于天然气消耗量的不断增加，管道运输成为了天然气的主要运输方式。

由于天然气管道易燃易爆、连续作业、环境复杂、材料缺陷、外部操作失误等原因，在长时间的使用中，管道泄漏、破裂的机率极高。

很容易引发安全事故，危及人民的生命财产安全。

所以，通过对天然气管道的风险进行归纳、分析，加强管道的应急管理，既能有效地防止和降低天然气管道安全事故的发生几率，又能保证管道的正常、安全运行。

关键词：天然气；管道；风险分析；应急管理1 天然气管道风险特点天然气管线的风险特征主要有：（1）事故后果比较严重。

因为天然气中含有大量的甲烷，有易燃性和易爆性的特点。

一旦与空气混合，接触到火源，就会引发火灾、爆炸等事故，其破坏性极大。

而且一旦出现含硫天然气泄漏，会危及人们的生命，导致窒息、昏迷、死亡。

（2）事故波及范围很大.天然气一旦泄露，就会随风飘散，一旦接触到空气形成爆炸性混合物，遇到火源就会发生爆炸并形成蔓延态势。

（3）管道穿越区较为复杂。

天然气管道穿越地区为平原、山区、丘陵地带，管道分布范围各异，各区域地质结构、气候等因素也有很大差别，对管线腐蚀处理、抗震设计等都有一定的影响。

（4）穿越区域的人口密度大。

一旦出现安全事故，就会危及到人类的生命，所以对天然气管道的安全性能也有很高的要求。

2 天然气管道风险分析2.1 站场工艺危险因素天然气管道在运行中使用的压缩机，会受到震动、压力、温度等因素的影响，从而造成相应的设备故障。

而安装的质量也会对天然气管道的安全产生影响，如果密封焊接不好，焊接设备有问题，就会造成管道的泄漏。

同时，天然气排放不及时，会造成憋压情况，导致管道破裂。

压力自动监测系统，是天然气管道的重要组成部分，一旦出现问题，很容易造成泄漏。

在使用的时候，必须对压力自动监测系统进行检查，以免发生故障。

2.2 管道危险因素由于腐蚀的原因，会使管道的内壁产生变化，很容易产生变形、爆炸等情况。

第40卷第1期太原科技大学学报Vol.40 No.l 2019 $2 月JOURNAL OF TAIYUAN UNIVERSITY OF SCII：NCE AND TECHNOLOGY Feb. 2019文章编号：1673 -2057(2019)01 -0073 -05温度对裸露的输气管道固有频率的影响赵梦晨，赵子龙，马青(太原科技大学应用科学学院，太原030024)摘要：以采空区埋地管线系统为研究对象，讨论了其裸露在自然环境中时，温度变化对输气管道振动特性的影响。

本文利用达朗贝尔原理和考虑温度变化的本构关系建立了输气管道振动微分方程，以两端简支管道为例利用里兹法求解其固有频率，进而分析温度对输气管道固有频率的影响。

研究结果表明：温度对管道低阶固有频率影响不大，对高阶固有频率影响较明显；随着裸露长度和壁厚的增加，温度对管道固有频率影响加剧；输气管道固有频率随温度变化值增大而减小。

研究结果可为管道设计提供参考。

关键词：输气管道;温度；固有频率；本构关系中图分类号：TE973 文献标志码：A doi:10.3969/j.issn. 1673 -2057.2019.01.014输气管道是连接全国输送资源的大动脉，是我国发展必不可少的基础设施。

西气东输工程、川气东输工程以及中国-中亚天然气管道工程等都是重要的应用管线。

埋地管道在采空区，可能会由于土壤塌方等原因造成输气管道暴露在自然环境中，因此，围绕裸露管道的基础性研究是十分必要的。

国内外相关机构和科研工作者对裸露的埋地输气管道沉降变形、应力应变及在湿热环境中复合材料梁的振动特性等问题已作了大量研究。

Huc- ka[1]等人通过地表的沉降和弯曲变形评估了管道的应力应变;张一楠[2]等建立了跨越段的埋地管道与土壤相互作用时的有限元模型，对于不同角度的跨越结构和不同规模土体发生沉降时，管道应力变化的情况进行了研究；Chandiramani[3]等基于高阶剪切变形公式建立了复合材料梁自由振动的力学模型，讨论了几何非线性等对其振动特性的影响；Naidu和Sinha[4]用有限元方法分析了湿热环境下复合材料壳的非线性自由振动;蒋宝坤[]等基于复合材料在湿热环境下的本构关系推导了旋转复合材料梁轴力和弯矩的表达式，分析了温度对轴力和弯矩的影响;孙宪航[6]等用有限容积法建立了裸露输油管道二维非稳态传热模型;魏孔瑞[]等借助强度理论，建立了悬空管道的沉降变形失效评估模型，得出了最大允许悬空长度;杨晓辉[]等研究了利用变形表达式对管道应力的影响。

温度对裸露的输气管道固有频率的影响赵梦晨;赵子龙;马青【摘要】以采空区埋地管线系统为研究对象,讨论了其裸露在自然环境中时,温度变化对输气管道振动特性的影响.本文利用达朗贝尔原理和考虑温度变化的本构关系建立了输气管道振动微分方程,以两端简支管道为例利用里兹法求解其固有频率,进而分析温度对输气管道固有频率的影响.研究结果表明:温度对管道低阶固有频率影响不大,对高阶固有频率影响较明显;随着裸露长度和壁厚的增加,温度对管道固有频率影响加剧;输气管道固有频率随温度变化值增大而减小.研究结果可为管道设计提供参考.【期刊名称】《太原科技大学学报》【年(卷),期】2019(040)001【总页数】5页(P73-77)【关键词】输气管道;温度;固有频率;本构关系【作者】赵梦晨;赵子龙;马青【作者单位】太原科技大学应用科学学院,太原030024;太原科技大学应用科学学院,太原030024;太原科技大学应用科学学院,太原030024【正文语种】中文【中图分类】TE973输气管道是连接全国输送资源的大动脉，是我国发展必不可少的基础设施。

西气东输工程、川气东输工程以及中国-中亚天然气管道工程等都是重要的应用管线。

埋地管道在采空区，可能会由于土壤塌方等原因造成输气管道暴露在自然环境中，因此，围绕裸露管道的基础性研究是十分必要的。

国内外相关机构和科研工作者对裸露的埋地输气管道沉降变形、应力应变及在湿热环境中复合材料梁的振动特性等问题已作了大量研究。

Hucka[1]等人通过地表的沉降和弯曲变形评估了管道的应力应变；张一楠[2]等建立了跨越段的埋地管道与土壤相互作用时的有限元模型，对于不同角度的跨越结构和不同规模土体发生沉降时，管道应力变化的情况进行了研究；Chandiramani[3]等基于高阶剪切变形公式建立了复合材料梁自由振动的力学模型，讨论了几何非线性等对其振动特性的影响；Naidu和Sinha[4]用有限元方法分析了湿热环境下复合材料壳的非线性自由振动；蒋宝坤[5]等基于复合材料在湿热环境下的本构关系推导了旋转复合材料梁轴力和弯矩的表达式，分析了温度对轴力和弯矩的影响；孙宪航[6]等用有限容积法建立了裸露输油管道二维非稳态传热模型；魏孔瑞[7]等借助强度理论，建立了悬空管道的沉降变形失效评估模型，得出了最大允许悬空长度；杨晓辉[8]等研究了利用变形表达式对管道应力的影响。

天然气管输计量输差成因及应对措施安阳站是榆济管道的一个分输站，隶属于中石化天然气榆济管道分公司河南管理处管辖，目前分别向安阳华润燃气、河南纵横燃气、安阳CNG加气母站三个用户供气。

以20XX全年为例，安阳站共输销天然气约5.68亿方，日均172万方/天。

作为一个输气大站，控制好计量输差已经成为一项日常进行的、重要的技术基础工作，无论是对避免双方计量纠纷还是公司的经济利益都有着积极的意义。

1 气计量及计量输差概述1.1 天然气计量天然气作为气体具有流动性，其流量以质量表示时，称为“质量流量”；以体积表示时称为“体积流量”，以能量表示时称为“能量流量”。

流量计量是天然气供需双方贸易结算的依据。

为了准确计算流量，需要提高流量计量的准确度。

天然气计量的准确度受多种因素的影响，在井口气量与外输气量、供给气量与接收气量、总计量与分表计量之间总存在一定的差值，即常说的“计量输差”。

对输差的合理控制是保证计量准确性的一项重要工作。

1.2 计量输差输差是指天然气在输送过程中的量值减量，其计算公式如下：式中，？驻表示输差，qc表示瞬时。

根据安阳站输气情况，输差表达式如下：？驻=∑q1-∑q2+∑？驻q（2）其中？驻表示输差，∑q1表示本站实际供气量，∑q2表示用户接气量，∑？驻q表示输气管网管存变化。

由气体状态方程PV=nRT可得，本站标准状态下供气瞬时流量表达式q=，其中，P为标准大气压，q表示流量计测得工况瞬时流量，T1为现场测得管道内输气标准温度，P1为现场测得管道内气体压力。

与三个用户的输差产生在本站计量撬与用户门站计量设备之间的输气管道，而产生输差的设备包括参与计量仪器的压变、温变、流量计等以及输气管网。

2 天然气管输计量输差的成因分析以安阳站供加气母站近期输差表为例，分析造成输差的原因。

该供气支路采用涡轮流量计参与贸易计量，如表1所示。

由该统计表可知计量输差逐渐变小，并且在最后两天的数据中出现了负输差的现象，由于计量标准由供方为准，这也意味着公司经济利益可能受到了损失。