输气管道振动分析
石油化工设计中管道的应力分析
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
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
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。
管道应力分析及计算全
B、动力分析包含的内容 a)管道固有频率分析 — 防止共振。 b)管道强迫振动响应分析 — 控制管道振动及应力。 c)往复式压缩机(泵)气(液)柱频率分析 — 防止气柱 共振。
d)往复式压缩机(泵)压力脉动分析 — 控制压力脉动 值(δ值)。
C、动力分析要点
a)
振源
机器动平衡差 — 基础设计不当
⑶ 编制临界管线表(三级签署) — 应力分析管线表
静力分析
⑷ 应力分析
(三、四级)；
动力分析
⑸ 卧式容器固定端确定，立式设备支耳标高确定；
⑹ 支管补强计算；
⑺ 动设备许用荷载校核(四级)
⑻ 夹套管(蒸汽、热油、热水)计算(端部强 度计算、内部导向翼板位置确定、同时 包括任何应力分析管道的所有内容)；
三、管道的柔性设计
3.1、柔性定义及柔性设计的方法和目的 a)定义 b)目的 c)设计方法 d)端点位移考虑 3.2、是否进行详细柔性设计的判别方法 a)应进行详细柔性设计的管道 b)可以不进行详细柔性设计的管道 c)判别式的使用方法与注意事项 3.3、管道的热补偿
三、管道的柔性设计
3.4、应力增大因子 3.5、柔性分析方程 3.6、弹性模量随温度变化效应 3.7、柔性分析的另一规则
2)两台或三台压缩机的汇集总管截面积至少为进口管 截面积的三倍，且应使柱塞流的冲击力不增加。
3)孔板消振 — 在缓冲罐的出口加一块孔板。
孔径大小：
d D
4
U,
U
V气体流速 V介质内的声速
d 0.3 ~ 0.5 D
孔板厚度=3～5mm
孔板位置 — 在较大缓冲罐的进出口均可
d)减少激振力——减少弯头、三通、异径管等管件。
A、当
温度对裸露的输气管道固有频率的影响
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。
基于caesar Ⅱ的油气管道模态分析
综上所述，目前建设项目在职业病危害控制工作中还存在 毒物种类检测不全、防护措施不到位等问题，相关的职业病危 害控制管理能力有待于进一步提高。同时针对长输管道施工 过程中产生的有害毒物、电弧、强光、噪声、高温等危害因素，应 该依据相关的规定要求，采取科学、有效的防护管理措施，以便 保证工作人员的生命健康，进而为企业创造更多的经济效益。
避免职业健康检查机构为了自己的利益，以吸引顾客，赢 得更多的业务。同时应增加医疗项目，注意保证开展医疗项目 的范围；提高部分机构人员素质，及时更新健康检查设备。从 软件硬件两步走严格职业健康检查机构管理。 3.6 政府在职业病防治方面的积极参与
因为长输管道的施工项目常常为规模较大的工程，政府部 门往往会不同程度的参与进去，那么对于资金的扶持要充足， 制定较为完善的补偿机制，依靠政府部门在卫生方面的投资建 设的研究所，将公共卫生和疾病预防控制体系的构建作为重要 任务，设立卫生防疫机构，对以长输管道施工职业病为典型的 预防与卫生服务工作进行有偿服务提供和保障，并且加大这方 面财政资金的投入，真正建立起具有实用性的职业病防治机 构，促使职业病得到更好地治疗与控制。
2 分析不同因素对管道固有频率的影响
建立不同跨距，不同弯头数，不同撑形式的 Caesar II 模 型，分析管道固有频率的影响因素。 2.1 不同跨距对频率的影响
分别建立跨距为 24m，12m，6m 的管道模型，对其进行模态 分析。通过模态分析，可以得出跨距为 24m,12m,6m 的管道第 一阶频率分别为 1.469Hz，1.614Hz，1.672Hz；第二阶频率分别为 1.487Hz，1.676Hz，1.777Hz；第 三 阶 频 率 分 别 为 2.382Hz， 2.620Hz，3.176Hz；第 四 阶 频 率 分 别 为 2.480Hz，2.981Hz， 3.661Hz。
第三章 天然气管输系统
2) 在T、d、G、P1 、P2 不变时,管线长度的影响 Q1/Q2=(L2/L1)1/2 即输气量与管长的0.5次方成反比,若管长缩小一半, 即:L2=0.5L1,则Q2=1.41Q1,如在原有两加压站间再增设一个加压站,输
天然气管输系统示意图
矿场 集气 支线 集气 站 加压站 配气 站 输 气 干 线 输配气 站 配气管 线
矿场 集气 集气 干线 净化 站 厂 首站 集气 站 集气 站 加压站
配气 站
1、矿场集气
气田集气从井口开始，经分离、计量、调压、净化和集中等一 系列过程，到向干线输气为止。包括井场、集气管网、集气站、天 然气处理厂、外输总站等。
2、干线输气
输气干线从矿场附近的输气首站开始，到终点配气站为止。长 距离管线管径大，压力高，距离长。
3、城市配气
城市配气从配气站开始，通过各级配气管网和气 体调压站根据用户的要求供气。 储气库以调节输气和供气之间的不平衡。
第二节 输气干线的工艺计算
一、一般输气管道通过能力公式及分析
1. 通过能力公式（潘汉德公式） 1)一般输气管指管线敷设在平坦地区，管线沿线地形起 伏的高差在200米以内。 Q=11500Ed2.53〔 (P12-P22)/(ZTLG0.961) 〕0.51
2 2
l输气管线运行的几项基本技术指标 运行操作参数
表征输气管线内气流状况的基本指标是压力、流 量、温度等，用以表明严密性、管内有无积液、污物、 水化物的堵塞。
温度对裸露的输气管道固有频率的影响
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。
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在石油 、天然气 、化工等企业中 ，强烈的管道振 动会使管路附件特别是管道的连接部件发生松动 ， 轻则引起泄漏 ，重则会由破裂而引起爆炸 ，造成严重 事故 。 由于管道振动造成的泄漏和爆炸事故在国内 外时有发生 。 管道振动 ｄｇｐｗ 分为两个方面 ：一方面是对管 流脉动的研究 ，根据引起管流脉动的不同机理 ，用流 体力学理论 ，求出流体脉动的规律 ，把管流脉动程度 控制在一定的许可范围内 ；另一方面是对管道结构 动力特性及其动态响应的分析研究 ，通过对管系的 振动分析就能针对管系振动进行精心设计 ，采取有 效措施 ，提高管系设备和结构的抗振能力 ，并研究振 动规律 ，进行振动的监控与预报 ，一旦出现振动问题 就能迅速采取措施 ，把管系的振动控制在合理的范 围内 。
移 ；ｓ 表示管道轴线坐标 ；ｔ 表示时间变量 ；ｍ 表示管
道结构的线密度 。 方程中各项的物理意义分别为弹
性恢复力 、离心力 、哥氏力和惯性力 。 同样可以列出
水平内的横向 、轴向振动方程 。
由于流速远小于声速则可忽略其影响 ，方程 （１）
变成一般的管道梁振动方程 。 采用 ３ 维空间梁单元
６ ＥＪｚ （１ ＋ 矱）ｌ２
（２ － 矱ｚ ） ＥＪ ｚ （１ ＋ 矱ｚ ） ｌ
－ ６ ＥＪｚ （１ ＋ 矱ｚ ） ｌ２
（２ ）
称 （４ ＋ 矱ｚ ） ＥＪ ｚ
（１ ＋ 矱ｚ ） ｌ
励力作为 外 加 扰 动 从 而 得 到 管 系 的 运 动 微 分 方 程 组 ，运用模态叠加和 Ｗｉｌｓｏｎ － θ 可求出管系的流体 脉动动态响应 。
一 、研究模型
某化工厂的一段管系图（见本期彩色图版 ３） ，管 系节点 １５ 、２０ 处连接钢结构 ，节点 ５ 、１００１ 、１０３５ 处 固支 ，在节点 ３０ 、３５ 处 Ｙ 方向受约束 ，另外节点 １０ 、 ２５ 、４０ 、５５ 、６０ 是弯头 ，１００５ 到 １０１０ 之间是复杂的 “ Ω”型弯管 ，下面研究该管系在弯头 １０ 、２５ 、４０ 、５５ 、 ６０ 节点处受到流体脉动激励时 ，管系的振动响应规 律。 这里研究的是等直径 、等壁厚 、细长管 。 在这种
－ ６ ＥＪ ｙ （１ ＋ 矱ｙ ） ｌ２
（４ ＋ 矱ｙ ） ＥＪ ｙ （１ ＋ 矱ｙ ） ｌ
６ ＥＪｚ （１ ＋ 矱ｚ ） ｌ２
（４ ＋ 矱ｚ ） Ｅ Ｊ ｓｚ （１ ＋ 矱ｚ ） ｌ
ＥＳ
ＥＳ
ｌ
ｌ
－ １２ ＥＪ ｚ （１ ＋ 矱ｚ ） ｌ３
６ ＥＪ （１ ＋ 矱ｚ ） ｌ２
１２ ＥＪ ｚ （１ ＋ 矱ｙ ）ｌ３
１５６ ｍｓ １５６ ｍｓ １８１ ｍｓ １３１ ｍｓ ２００ ｍｓ １９５ ｍｓ
２０ ０ ．００６６ － ０ ．０９６９ ０ ．０６４３ － ０ ．０２６６ － ０ ．０６５１ ０ ．０６７６
１７７ ｍｓ １５６ ｍｓ ２００ ｍｓ ２００ ｍｓ ２００ ｍｓ １７３ ｍｓ
２５ ０ ．４５３１ ０ ．０３４７ ０ ．２６９８ － ０ ．０４０９ － ０ ．０６６１ ０ ．０４５０
１７３ ｍｓ ６２ ｍｓ ２００ ｍｓ ２００ ｍｓ ２００ ｍｓ １５６ ｍｓ
３０ ０ ．４５２２ ０ ．００００ ０ ．５３９５ － ０ ．０３５１ － ０ ．０４２７ － ０ ．０１４５
１７３ ｍｓ １５６ ｍｓ ２００ ｍｓ ２００ ｍｓ ２００ ｍｓ １８４ ｍｓ
３５ ０ ．４４８０ ０ ．００００ － ０ ．２０４０ － ０ ．０１５０ ０ ．０８３６ ０ ．００８０
·２·
表 ２ 管系部分节点的位移响应的最大值表
节点
Ｘ
位移（ｃｍ ） Ｙ
Ｚ
转 角 （°）
Ｘ
Ｙ
Ｚ
１０ － ０ ．０３４６ － ０ ．１０８１ ０ ．０１７６ － ０ ．００２２ － ０ ．０１８０ ０ ．０１１１
１５４ ｍｓ １５５ ｍｓ ２００ ｍｓ １５９ ｍｓ ２００ ｍｓ ５２ ｍｓ
１５ － ０ ．００４８ － ０ ．１０４４ ０ ．０１５８ － ０ ．００２７ － ０ ．０３０５ － ０ ．００９３
－ １２ ＥＪ ｙ （１ ＋ 矱ｙ ） ｌ３
６ ＥＪ （１ ＋ 矱ｘ ） ｌ２
１２ ＥＪ ｙ （１ ＋ 矱ｙ ） ｌ３
－ ＧＪｘ
ＧＪｘ
ｌ
ｌ
－ ６ ＥＪ ｙ （１ ＋ 矱ｙ ） ｌ２
（２ － 矱ｙ ） ＥＪ ｙ （１ ＋ 矱ｙ ） ｌ
６ ＥＪ ｙ
（４ ＋ 矱ｙ ） ＥＪ ｙ
（１ ＋ 矱ｙ ） ｌ （１ ＋ 矱ｙ ） ｌ
立整个管系的总刚度矩阵 、总质量矩阵以及管道系
统的总体运动方程 。 为此 ，必须把局部坐标系中建
立的单元刚度矩阵和单元质量矩阵变换到整体坐标
系上来 。 对各单元的质量矩阵 、刚度矩阵进行组合 ，
得到管系的总体质量矩阵 、刚度矩阵 ，将流体脉动激
倡 本成果属于国家重点基础研究发展规划项目（编号 ：Ｇ１９９９８０２０３００ ） 。 作者简介 ：谭平 ，１９６５ 年生 ，博士 ；研究方向为机械设计及理论 。 地址 ：（２１００９６ ）江苏省南京市 。 电话 ：（０２５ ）８３７９２５２５ 转 ８３２２ 。 Ｅ‐ｍａｉｌ ：ｔａｎｐｉｎｇ＠ ｓｅｕ ．ｅｄｕ ．ｃｎ
二 、计算结果
计算出的上述管系的固有频率如表 １ 所示 。
模态阶数 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７
表 １ 管系固有频率表
频率（Ｈｚ） 模态阶数
１ ．６３４
８
２ ．２１１
９
４ ．７９３
１０
５ ．２９１
１１
６ ．３２３
１２
６ ．９５９
１３
７ ．６８４
１４
频率 （Ｈｚ ） ８ ．７５８ １０ ．２８８ １７ ．７７９ １７ ．８６４ １９ ．４９４ １９ ．８６７ ２２ ．７３９
·１·
储运与集输工程 天 然 气 工 业 ２００５ 年 １ 月
［Ｋｅ］ ＝
ＥＳ ｌ
１２ ＥＪ ｚ （１ ＋ 矱ｚ ） ｌ３
对
１２ ＥＪ ｚ （１ ＋ 矱ｙ ） ｌ３
ＧＪ ｘ ｌ
模型对管系进行有限元离散化处理 ，可得到管系单
元的刚度矩阵 。
在建立单元刚度矩阵和单元质量矩阵时 ，坐标
系的选择一般以能方便单元特性为准 ，这样的坐标
系即是局部坐标系 。 对于管系结构来说 ，单元局部
坐标轴的方向一般是沿惯性主轴方向的 。 在研究整
个管系时 ，必须选取一个统一的整体坐标系 ，以便建
计算出的彩图 １ 管系的固有振型如本期彩色图 版 ４ ～ １３ 所示 。 管系的内半径为 １２ ．７３ ｃｍ ，压力为 ２０００ ｋＰａ ， 管系在弯头 １０ 、２５ 、４０ 、５５ 、６０ 节点处受到如本期彩 色图版 １４ 所示流体脉动力作用时 （仅考虑脉动分 量 ，静平衡位置为零位） ，管系部分节点的位移 、转角 响应的最大值如表 ２ ，表 ２ 中的第 ２ 行数据是达到最 大值的时间 。 由上述计算结果可以看出 ，由于脉动基频是 ５ Ｈｚ ，而第 ３ 、４ 阶模态的频率是 ４ ．７９３ 、５ ．２９１ ，两者很 接 近 ，第３ 、４阶模态受到较强的激发 ，所以在节点
１６９ ｍｓ ２００ ｍｓ １９９ ｍｓ ２００ ｍｓ １９２ ｍｓ ２００ ｍｓ
５０ － ０ ．２１３６ ０ ．０３０５ － ０ ．３４８２ － ０ ．００３５ ０ ．１１４０ ０ ．００９１
２００ ｍｓ １９９ ｍｓ １９９ ｍｓ ２００ ｍｓ １９４ ｍｓ ２００ ｍｓ
５５ － １ ．３２３１ ０ ．００６７ － ０ ．３０１８ － ０ ．００１２ ０ ．１０８２ ０ ．００２４
ห้องสมุดไป่ตู้三 、结 论
由本研究结果可以看出 ，管道流体脉动能激发 出较强的管道振动 ，要减少管道的振动必须对管系 的模态有清楚的了解 ，并采取相应措施 ，诸如 ：① 控 制管系的固有频率 ，使固有频率同流体脉动频率错 开 ，以避免机械共振的发生 ；② 设计中对具有严重振 动特性的重要管路的转弯尽量少用 ９０°弯头 ，并尽可 能避免突然变径 ，以减少激振力 ，并针对具体振动特
点采取有效的减振措施等 ；③ 采用管道减振器 （Ｓｎｕｂｂｅｒ）或液压式阻尼器 。
参 考 文 献
１ 党锡淇 ，陈守五 ．活塞式压缩机气流脉动与管道振动 ．陕 西西安 ：西安交通大学出版社 ，１９８４
第 ２５ 卷第 １ 期 天 然 气 工 业 储运与集输工程
输气管道振动分析 倡
谭 平
（东南大学振动中心 ）
谭平等 ．输气管道振动分析 ．天然气工业 ，２００５ ；２５（１） ：１３３ ～ １３４ 摘 要 石油天然气 、化工管路常常会因为往复式机泵产生的不稳定流动 ，以及流体流向改变 、管线变径等情 况而引起管路振动 ，如果处理不好 ，将严重影响管路的安全运行 。 为此 ，对一段天然气管系的流体脉动激发振动进 行了分析 。 采用有限元建模方法 ，考虑了管系的复杂支撑 、管系设备 、钢结构等因素对管系振动的影响 ，计算出了 脉动激发的位移 、转角响应幅值 。 从计算结果看出 ，流体脉动对管系的动态响应有着重要的影响 ，在管道设计时必 须加以考虑 ，并提出了消除流体脉动影响的相应措施 。 主题词 石油 天然气 管道 振动 控制 脉动
１９４ ｍｓ ２００ ｍｓ １５６ ｍｓ ５１ ｍｓ １９６ ｍｓ １９６ ｍｓ
第 ２５ 卷第 １ 期 天 然 气 工 业 储运与集输工程
３０ 、３５ ，以及弯头 ５５ 、６０ 及其附近处 ，管系在 、方向上 产生较强的位移响应 ，同 其 ３ 、４ 阶 模 态 振 型 图 很 吻合 。
１５７ ｍｓ １５７ ｍｓ ２００ ｍｓ １３５ ｍｓ １５４ ｍｓ １７６ ｍｓ
１００５ ０ ．００３０ ０ ．００００ － ０ ．０００４ ０ ．０００１ － ０ ．０２３８ ０ ．０００４
１９５ ｍｓ ２００ ｍｓ １５４ ｍｓ ２００ ｍｓ １９６ ｍｓ １９８ ｍｓ