工藝管道出現故障的原因有很多,但一般說來,主要是由以下這幾個方面造成的;
1.設計缺陷
(1)工藝、結構設計缺陷
設計時未全面考慮管道所處的環境、振動、溫度補償、支撐等因素的影響;管子、管件、閥門間連接形式不合理,使得管道的剛性不足或過大,導致管道承受較大的振動或應力,最終導致管道提前失效。
(2)選材不當
在設計選材時考慮不全面或選材錯誤,如溫度條件、腐蝕條件等因素選材不當,都會導致管道因腐蝕等因素而提前失效。
2.檢修安裝施工缺陷
(1)管道安裝
在管道安裝過程中未嚴格按照施工規范進行施工,如存在強力組對導致管道內應力加大而加劇應力腐蝕,引起管道穿孔或破裂。
(2)焊接
在檢修安裝施工過程中,因焊接工藝選擇不當、焊條焊劑未按規定烘干與保存、焊前與焊后熱處理不當,同時,在焊接過程中,存在咬邊、錯邊、未焊透、夾渣、氣孔等焊接缺陷均會導致管道的施工質量下降,使管道在壽命周期內失效。
(3)材料
在施工過程中誤用、混用、錯用材料或代用材料不合要求、材料本身存在的質量缺陷也會引起管道的失效和破壞事故的發生。
(4)防腐、保溫
在檢修安裝施工過程中,因防腐或保溫不當,也會使管道因腐蝕加劇而提前失效。
3.振動
工藝管道的振源多種多樣,大致可分為來自系統內和系統外的兩大類。系統內的振源主要有與管道直接相連接的設備和機器的振動、管道內流體的不穩定流動引起的振動;系統外的振源主要有風、地震等載荷引起的振動。一般說來,管道振動最常見的振源是與管道相連接的設備和機器的振動以及管道內流體的不穩定流動。(1)往復式設備
產生管道振動的一個原因是往復式機械在運行時的往復運動慣量產生的周期性變化的慣性力使機組發生振動,這種振動必然會引起與其相連接的管道產生振動;其次,往復式機械在單位時間間隔內排出或吸人的流體量是不相等的,因此在與其相連接的管道內的流體存在脈動,壓力不斷變化,從而引起管道振動。同時,當流體的脈動頻率與管道的自振頻率相近或相等時,就會產生共振,使管道產生激烈的振動。
(2)離心式設備
離心式機械在流量小于設計流量時,葉輪各相鄰葉片間的流體流過的量不盡相同,單位時間排出的量也和不相同,這樣將使離心式設備產生喘振或氣蝕,同時也會使管道內產生壓力脈動,從而使管道產生振動。
(3)兩相流與管道振動
與管道振動關系密切的兩相流主要是氣態與液態的兩相流,尤其是伴有相變的兩相流(如輸送飽和蒸汽的管道、管式加熱爐的爐管等管道,其管內的流體在一定條件下處于兩相流狀態),在這種狀態下的流體存在熱量傳遞的時候就會出現相變,受熱則液態部分流體汽化,散熱則氣態部分流體液化,這樣,流體的體積發生突然變化,流體的流動狀態受到擾動,從而引起管道的振動。
(4)液擊與管道振動
輸送液體的管道中,由于生產裝置的開停和生產過程的調節,常常需要啟閉閥門,泵和水輪機也有可能發生突然開、停的情況,這時,管道內的液體速度就會發生突然變化(有時是激烈的變化)。液體速度的變化使液體的動量改變,反映在管道內的液體壓力迅速上升或下降,并伴有液體錘擊的聲音,這種現象就叫做液擊現象,也稱為水錘或水擊。液擊生成管內壓力的變化有時是很大的,突然升壓嚴重時可能使管子爆裂,迅速降壓形成的管內負壓有可能使管子失穩,這些都會使管道系統產生振動。
消除管道振動的方法有很多,主要有增加緩沖器、氣流脈動衰減器、孔板以及改變管道支座的型式、數量和位置等,主要從實際出發,選擇經濟合理、效果明顯的方法。
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