JQ压气站天然气管道振动的机理分析
发布时间：2021-11-08 04:11
随着我国天然气管道的加速铺设,管道振动现象成为一个不可忽视的问题,管道的异常振动会引起管系疲劳失效造成巨大的安全隐患。因此,研究天然气管道振动的机理以及探索管道的减振措施具有重要的现实意义。本文以JQ压气站发球区天然气管道振动超标问题为背景,结合理论分析与数值模拟对实际工程中管道振动的机理和减振措施进行研究。首先通过对JQ压气站振动管线现场状况和测量数据的分析排除了机械和设备引发振动的可能性;随后利用SolidWorks软件创建振动管线的几何模型,并运用ANSYS中的相关模块对振动管线进行流场模拟和模态分析,分别得到了不同工况下的流场特性以及管道的结构特性,通过对比初步推测发球区管线振动的原因可能是机械共振;随后运用Workbench对管道进行谐响应分析,得到气固耦合时的动力特性,并且振动位移的测量值和模拟值基本吻合,得出管道振动主要原因是管内天然气在出站前三通处汇管时产生了涡流,涡流的脉动激发频率落在结构固有频率的共振区间内引发了机械共振,加之涡流引发的气流脉动也对激励管道振动发挥了一定的作用。最后,结合JQ压气站的实际运行状况,提出通过加装约束对管道进行减振,管道加固后数值模拟得到...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
缓冲罐进出口布置方式图
西安石油大学硕士学位论文14不会随波的传播而迁移。气体波动方程是计算平面波动理论方程的基础，同时用来表述管道的波动现象。1.连续方程图2-2管内流体微元示意图上图为管内截面间的流体微元示意图，在某一时刻t，截面Ⅰ上的流体密度、速度和压力分别为、和。当流动为一维时，流体的密度、速度和压力这些参数与气体的位置与时间有关。等截面管道的流通面积为S，距离原点x处为截面Ⅰ，则经过dt时间后，流经截面的气体质量为，当气体经过dx的长度后，流体的质量增量为，控制体dx质量为，在dt时间内控制体增量为。根据质量守恒定理，两个截面间的流体在这个过程中质量变化量为零，由此得到方程。（2-1）由于采用等直径管道分析，截面S为常数，所以方程简化为：（2-2）进一步将公式中第二项展开得到：（2-3）此方程即为流体的连续方程。2.运动方程流体在上图的等直径管道内流动时，截面I的压力为，另一端截面II的压力为，忽略流动阻力的作用，由牛顿第二定律可得：（2-4）消除公因式后得到：（2-5）此方程为流体的运动方程。3.波动方程
第二章JQ压气站管道振动概况及振动基本理论17图2-3压缩机出口示意图上图为压缩机出口的示意图，管道的左侧与压缩机的气缸相连，右侧连接容器，管长为l,设管道左端x处的脉动压力大小为，速度大小为，由简单管道的固有频率计算方法可得：（2-26）（2-27）右端为大口容器，则有：代入上式得：（2-28）根据此公式便可计算出简单管道内任一点的压力脉动值：（2-29）但当管道出现气柱共振的现象时上式不在适用，此时应当采用有限元法对管道的压力脉动值进行求解。此方法假设管道流体为可压缩的无粘性流体，且流体的密度、速度及压力皆取平均值不发生变化，仅考虑气流脉动的影响，则流体波动方程变为：（2-30）令：（2-31），上式转变为：（2-32）利用等效积分和伽辽金法对上式建立有限元积分方程：
【参考文献】：
期刊论文
[1]“一带一路”能源合作对我国天然气国际贸易竞争力的影响分析[J]. 齐玉. 财务与金融. 2019(05)
[2]天然气压缩机组振动隐患治理[J]. 赵金省,李攀,马玉腾,王泫懿. 天然气工业. 2018(12)
[3]海洋钻采平台往复压缩机气流脉动和管道振动分析[J]. 戚蒿,周声结,李天斌,钱程,曹颜玉,樊文斌. 船海工程. 2018(02)
[4]气液两相环状流诱发管道振动模型研究[J]. 刘刚,王跃社,何仁洋,黄辉. 应用力学学报. 2017(06)
[5]往复式压缩机管道振动原因分析及约束位置优化分析研究[J]. 李树勋,潘伟亮,张喜军,孟令旗. 化工设备与管道. 2017(04)
[6]输气站场管道振动原因分析[J]. 刘晓亮,曹禹. 管道技术与设备. 2017(02)
[7]海洋石油平台天然气压缩机脉动消减技术研究[J]. 芦红威. 智能城市. 2017(01)
[8]输液管道附加支承刚度优化设计[J]. 王栋,李正浩,任建亭. 计算力学学报. 2016(06)
[9]离心式压缩机组振动原因分析及改进措施[J]. 尹光耀,司海涛. 石油化工设备技术. 2016(04)
[10]压缩机管线振动机理及减振技术研究综述[J]. 袁伟,赵杰,李峰,刘正通. 化工设备与管道. 2016(02)
博士论文
[1]气固两相湍流边界层直接数值模拟研究[D]. 李栋.浙江大学 2016
[2]天然气区域管网规划设计理论研究[D]. 孔川.重庆大学 2016
[3]管路系统流固耦合动力学计算及特性分析[D]. 李帅军.哈尔滨工程大学 2015
硕士论文
[1]基于平面波理论的压缩机气流脉动与管道振动研究[D]. 门晓苏.北京化工大学 2017
[2]往复压缩机管道气柱固有频率有限元数值计算及声学实验分析[D]. 王小飞.兰州交通大学 2013
[3]管道系统减振方法及密封间隙流体激振力的影响因素研究[D]. 裴正武.北京化工大学 2012
[4]旋风分离器内气固两相流流场数值模拟[D]. 宋勇.东北大学 2011
本文编号：3482977
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
缓冲罐进出口布置方式图
西安石油大学硕士学位论文14不会随波的传播而迁移。气体波动方程是计算平面波动理论方程的基础，同时用来表述管道的波动现象。1.连续方程图2-2管内流体微元示意图上图为管内截面间的流体微元示意图，在某一时刻t，截面Ⅰ上的流体密度、速度和压力分别为、和。当流动为一维时，流体的密度、速度和压力这些参数与气体的位置与时间有关。等截面管道的流通面积为S，距离原点x处为截面Ⅰ，则经过dt时间后，流经截面的气体质量为，当气体经过dx的长度后，流体的质量增量为，控制体dx质量为，在dt时间内控制体增量为。根据质量守恒定理，两个截面间的流体在这个过程中质量变化量为零，由此得到方程。（2-1）由于采用等直径管道分析，截面S为常数，所以方程简化为：（2-2）进一步将公式中第二项展开得到：（2-3）此方程即为流体的连续方程。2.运动方程流体在上图的等直径管道内流动时，截面I的压力为，另一端截面II的压力为，忽略流动阻力的作用，由牛顿第二定律可得：（2-4）消除公因式后得到：（2-5）此方程为流体的运动方程。3.波动方程
第二章JQ压气站管道振动概况及振动基本理论17图2-3压缩机出口示意图上图为压缩机出口的示意图，管道的左侧与压缩机的气缸相连，右侧连接容器，管长为l,设管道左端x处的脉动压力大小为，速度大小为，由简单管道的固有频率计算方法可得：（2-26）（2-27）右端为大口容器，则有：代入上式得：（2-28）根据此公式便可计算出简单管道内任一点的压力脉动值：（2-29）但当管道出现气柱共振的现象时上式不在适用，此时应当采用有限元法对管道的压力脉动值进行求解。此方法假设管道流体为可压缩的无粘性流体，且流体的密度、速度及压力皆取平均值不发生变化，仅考虑气流脉动的影响，则流体波动方程变为：（2-30）令：（2-31），上式转变为：（2-32）利用等效积分和伽辽金法对上式建立有限元积分方程：
【参考文献】：
期刊论文
[1]“一带一路”能源合作对我国天然气国际贸易竞争力的影响分析[J]. 齐玉. 财务与金融. 2019(05)
[2]天然气压缩机组振动隐患治理[J]. 赵金省,李攀,马玉腾,王泫懿. 天然气工业. 2018(12)
[3]海洋钻采平台往复压缩机气流脉动和管道振动分析[J]. 戚蒿,周声结,李天斌,钱程,曹颜玉,樊文斌. 船海工程. 2018(02)
[4]气液两相环状流诱发管道振动模型研究[J]. 刘刚,王跃社,何仁洋,黄辉. 应用力学学报. 2017(06)
[5]往复式压缩机管道振动原因分析及约束位置优化分析研究[J]. 李树勋,潘伟亮,张喜军,孟令旗. 化工设备与管道. 2017(04)
[6]输气站场管道振动原因分析[J]. 刘晓亮,曹禹. 管道技术与设备. 2017(02)
[7]海洋石油平台天然气压缩机脉动消减技术研究[J]. 芦红威. 智能城市. 2017(01)
[8]输液管道附加支承刚度优化设计[J]. 王栋,李正浩,任建亭. 计算力学学报. 2016(06)
[9]离心式压缩机组振动原因分析及改进措施[J]. 尹光耀,司海涛. 石油化工设备技术. 2016(04)
[10]压缩机管线振动机理及减振技术研究综述[J]. 袁伟,赵杰,李峰,刘正通. 化工设备与管道. 2016(02)
博士论文
[1]气固两相湍流边界层直接数值模拟研究[D]. 李栋.浙江大学 2016
[2]天然气区域管网规划设计理论研究[D]. 孔川.重庆大学 2016
[3]管路系统流固耦合动力学计算及特性分析[D]. 李帅军.哈尔滨工程大学 2015
硕士论文
[1]基于平面波理论的压缩机气流脉动与管道振动研究[D]. 门晓苏.北京化工大学 2017
[2]往复压缩机管道气柱固有频率有限元数值计算及声学实验分析[D]. 王小飞.兰州交通大学 2013
[3]管道系统减振方法及密封间隙流体激振力的影响因素研究[D]. 裴正武.北京化工大学 2012
[4]旋风分离器内气固两相流流场数值模拟[D]. 宋勇.东北大学 2011
本文编号：3482977
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