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。

光纤振动监测预警系统[1]，可以对管道沿线的土壤振动情况进行长距离实时无缝监测，通过精确的振动信号分析，对破坏事件做出准确的目标定位。

 1 系统工作原理分布式光纤振动传感器是分布式光纤传感的一个重要分支，利用光波在光纤中传输时相位、偏振等对振动敏感的特性。

分布式光纤安全预警技术基于相干瑞利原理[2]，通过采用扫描方式对管道沿线的振动信号进行检测，当光脉冲传播到受外界振动信号作用的光纤段时，其后向瑞利散射回到探测器的光信号也会产生变化，通过检测这种变化就可以检测出管道沿线的振动情况，并能精确定位，其定位距离2C tL ×=。

图1 检测原理图式中：L—振动距离起点的距离；C—光传播速度；t—光脉冲发出后遇振动再反射回来接收到的总时间2 系统组成2.1 硬件系统分布式光纤预警系统[3]硬件构成主要有：光纤、信号采集与处理系统、激光光源、脉冲发生器、光波调制解调器等。

其中，光纤与管道同沟敷设，作为分布式传感器。

2.2 软件系统系统软件由三个独立进程组成：数据采集进程、数据处理进程、用户界面进程。

（1）数据采集进程 ：负责控制硬件设备采集数据信号。

（2）数据处理进程： 负责将数据采集进程采集到的数据信号进行处理。

（3）用户界面进程： 负责将数据处理进程发送的处理结果进行图表化，并且清晰准确的展示给用户。

主要包括：事件报警视图，事件定位模块，事件报警光纤振动监测预警系统在油气长输管道中的应用张占源 张超 文小斌 长庆油田分公司第一输油处 陕西 西安 710000 摘要：油气管道已经成为石油、天然气最重要的运输工具，一旦发生泄漏，极易发生火灾、爆炸等恶性事故。

以靖咸管道为例，介绍了一种基于相干瑞利原理的光纤安全预警实时监测系统。

通过对管道沿线土壤振动信号的智能分析，判断出威胁管道安全的破坏事件，对目标进行精确定位和准确报警，从而实现对管道的安全预警。

关键词：油气管道 相干瑞利 光纤振动 实时监测 安全预警及报警信息处理模块，事件发展过程瀑布图。

气动调节阀出现波动、振荡或振动的原因及处理方法 在现场气动调节阀出现的波动、振荡、振动现象有时是混杂交织在一起的，并且出现的原因及现象也有相似之处，如剧烈的波动可能就是振荡，强烈的振荡可能就是振动，有时很难区分。

因此， 将其归为同一类故障进行介绍。

1、气动调节阀整体振动气动调节阀整体振动即整个调节阀在管道或基座上频繁颤动，原因有：被控管道内的流体压力或流量波动很大，调节阀前后压差超过了额定压差，管道或基座振动大，引起整个调节阀振动；调节阀固有频率与系统固有频率接近会产生共振，使管道跳动导致阀门的附件松动，并发出较大的响声，严重时还会造成阀杆断裂，阀座脱落，调节阀无法工作。

对引起振动的管道和基座进行加固，来消除振动，且也有助于消除外来频率的干扰。

2、气动调节阀的阀杆上下频繁移动先观察调节阀是否经常工作在小开度下，调节阀在接近全关闭位置时振荡，与工艺落实调节阀是否选大了，阀门长期处于小开度状态而出现振荡。

仪表气源含油、有微尘，会在电气转换器的喷嘴，挡板处逐渐积聚，时间长了积聚的污物太多时，排气通道不畅通，也会使调节阀在工作时产生波动。

可清洁喷嘴，挡板来解决。

阀门定位器灵敏度过高，也会使调节阀工作不稳定而产生波动，可试调一下阀门定位器的灵敏度，观察阀门的波动有没有改观。

阀门定位器正常但波动仍存在，说明调节阀有问题，检查执行机构的膜片是否漏气。

膜片损坏漏气，定位器就会不停地调整输出，向气室内补充空气，导致调节阀不稳定。

有的控制系统要求调节阀的响应速度不能太快，如果阀的速度较快，或者是快速响应系统，当调节阀带定位器来加快速度时，很容易超调而产生振荡。

可通过降低响应速度来解决，可将直线特性的阀改为对数特性的阀，或将定位器改用转换器或继动器。

3、调节阀自身稳定性差出现振动可用不平衡力变化较小的阀门来代替原来的阀门，如用套筒阀代换单，双座阀。

调节阀的填料压得太紧，会增大阀杆的摩擦力，使阀门动作迟滞而产生振荡；可观察阀杆上，下移动是杏平稳，不平稳则检查填料是否过紧，适当旋松填料压盖的螺母，或加油润滑填料来减少阀杆的摩擦力。

天然气输气管道泄露的原因及处理措施分析摘要：天然气管道运输管理的重要组成部分就是预防和有效消除管道的泄漏，保护天然气管道的正常运行，对经济和环境的发展都有着非常重要的作用。

但是，在各类因素的影响下，天然气管道依然存在泄露的危险，主要针对天然气管道泄露的原因与消除对策进行分析。

关键词：天然气管道；泄露原因；处理措施引言在天然气集输系统当中，天然气输气管道发挥着重要的作用，直接影响着天然气集输系统的安全运行。

由于天然气输气管道系统设备较多，控制流程十分复杂，管道和设备的密封点比较多，出现天然气泄露的机率较大，如果出现天然气泄露事故，会对正常的天然气生产和供应造成影响，严重时会造成人员伤亡和环境污染问题，如果附近存在明火作业可能会引发爆炸事故，给人员安全带来威胁的同时，企业也会承受巨大的经济损失。

虽然很多采气企业做了大量的安全工作，但是天然气泄露的问题时有发生，需要对引起天然气泄露的原因进行深入的分析，并制定相应的处理措施[1]。

1天然气管道泄露的主要原因分析甲烷是天然气的主要成分，甲烷是无毒的，但浓度过高仍然会对人造成很大影响，甲烷浓度过高会使空气中氧气的含量大幅度降低，当混合气中甲烷的比例超过了四分之一就会使人出现头痛和头晕的现象，使人感到疲劳以及心率紊乱，严重的甚至会导致窒息死亡。

因此，在泄漏的过程中，在一定浓度范围内的工作人员需要穿戴防护装备。

此外，高浓度的天然气不仅会对人体健康产生不利影响，而且过高的比例会引起爆炸现象的发生，使人们的生命财产安全受到严重威胁。

因此我们有必要重视天然气泄露问题，提高并加强天然气运输保护的意识，仔细研究相关的维护措施，进而最大可能地降低天然气运输过程中泄露现象的发生。

在天然气输管道的过程中，管道是尤为重要的，大部分泄露现象的发生都是由于管道出现了问题导致的，由于天然气在管道方面的侵蚀以及温度、压力或其他外部因素的影响，导致管道密封出现故障，如果不及时将这个问题进行处理，将会导致更加严重的后果，从而造成天然气大范围的损失和资源大面积的浪费以及严重的环境污染，甚至造成恶性的事故。

圆形钢管管道的动力学分析圆形钢管管道在工业和建筑领域中被广泛应用，常用于输送流体或气体。

在管道运输中，管道内的介质流动对管道本身会产生不可忽视的影响。

因此，进行圆形钢管管道的动力学分析对管道的稳定运行具有重要的意义。

1. 管道的自然频率圆形钢管管道的自然频率指管道受到外部激励而产生共振的最小频率。

管道的自然频率主要与管道的几何尺寸和材料弹性模量有关。

以一端固定、另一端自由的圆形钢管管道为例，根据杆件理论，其自然频率为：f = C / (2*L) * (D/2)^2 * sqrt(E / density)其中，C是一个修正系数，L是管道的长度，D是管道的直径，E是钢管的弹性模量，density是钢管的密度。

2. 管道的阻尼比管道的阻尼比是管道振动时体系发生能量损耗的比例，是刻画动力学系统阻尼特性的重要参数。

对于圆形钢管管道，其阻尼主要分为内阻和外阻两种。

（1）内阻内阻主要来自于介质的摩擦阻力，流体粘性将导致内阻的产生。

同时，液体中也存在黏弹性耗散，花纹管壁产生的振动会使得周围流体受到变化的剪切力，从而产生内阻。

当管道内流体的雷诺数较小时，内阻可以视为常数，称为柯西阻尼，该阻尼与流量的平方成正比。

（2）外阻外阻主要来自于管道的摩擦阻力和周围流场所产生的压力梯度。

振动时周围流场对管道壁面的作用力会引起管道内流体动量的变化，使得管道发生阻尼。

在管道运动的过程中，外阻可以看作是与振动速度成正比的函数。

3. 管道受到外部激励时的响应受到外部激励时，圆形钢管管道内部的流体将会发生相应的振动。

钢管外壁受到流体振动的作用，产生相应的变形。

钢管本身的弹性和管道内部介质的动态响应均会影响管道的振动响应。

在管道振动响应的分析中，通常可采用传递矩阵法或者有限元法进行计算。

传递矩阵法是将管段等效为一个传递矩阵，通过传递矩阵的组合得到管道的相应振动情况。

有限元法则是将管道分割成若干有限元，通过求解有限元方程组得到振动情况。

4. 管道的控制及减振钢管管道振动可能会引发钢管的共振，对钢管造成损伤，同时也会引发管道内部介质的运动和腐蚀。