淺析石油化工裝置管道防振設(shè)計(jì)

張傲雪

摘 要：在石油化工裝置中，管系受到管道內(nèi)部流體流動(dòng)和外部環(huán)境因素等影響，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。管系若長(zhǎng)期處于振動(dòng)狀態(tài)下，對(duì)裝置的安全運(yùn)行極為不利。本文著重分析了引起管道振動(dòng)的原因，并根據(jù)不同原因下產(chǎn)生的振動(dòng)，提出減振措施。并列舉管道設(shè)計(jì)過(guò)程中防振的應(yīng)用，對(duì)管道防振設(shè)計(jì)提出展望。

關(guān)鍵詞：管系振動(dòng)；氣流脈動(dòng)；防振設(shè)計(jì)

在石油、化工等工礦企業(yè)中，廣泛使用管道輸送流體，受到流體沖擊流體輸送機(jī)械產(chǎn)生隨機(jī)振動(dòng)。由于機(jī)械間歇性和周期性的吸排使管流的壓力、速度、密度等參數(shù)既隨位置變化，又隨時(shí)間變化，管流的壓力、速度、密度等參數(shù)隨時(shí)間呈周期性變化的現(xiàn)象稱“管流脈動(dòng)”。管流脈動(dòng)是引起管道及附屬設(shè)備振動(dòng)的主要原因。此外，管道受到地震、風(fēng)力和意想不到的外力瞬時(shí)沖擊等的作用，會(huì)發(fā)生復(fù)雜的振動(dòng)。管線長(zhǎng)期振動(dòng)易產(chǎn)生疲勞破壞。隨著我國(guó)石油化工行業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)管道振動(dòng)的問(wèn)題日漸重視，并從設(shè)計(jì)、安裝到維護(hù)全面考慮采取相應(yīng)的措施預(yù)防或減小管道振動(dòng)。

1 管道振動(dòng)的危害性分析

石化行業(yè)生產(chǎn)裝置中，管道縱橫、管網(wǎng)密布。高溫，高壓管的脈動(dòng)引起管道的振動(dòng)造成許多危害性，強(qiáng)烈的管道振動(dòng)會(huì)使管道結(jié)構(gòu)、管路附件產(chǎn)生疲勞破壞，特別是管道的連接部位發(fā)生松動(dòng)和破裂，引起泄漏或引起爆炸、燃燒，造成嚴(yán)重事故，或引起基礎(chǔ)和絕熱材料的龜裂，降低動(dòng)力機(jī)械的效率，引起額外功率消耗，使工況變壞。

2 管道振動(dòng)的原因

引起管道振動(dòng)原因是管道的振動(dòng)通常來(lái)源于兩個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)：一個(gè)是管道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，另一個(gè)是流體系統(tǒng) 。壓力管道的激振力可分為來(lái)自系統(tǒng)自身和系統(tǒng)外兩大類。系統(tǒng)自身的主要有與管道直接相連接的機(jī)械的振動(dòng)和管道內(nèi)部流體不穩(wěn)定流動(dòng)引起的振動(dòng)；系統(tǒng)外的有風(fēng)載、地震載荷等，其中前者是管道振動(dòng)的主要誘因。

3 管道減振技術(shù)

現(xiàn)有的減振技術(shù)都是從以下幾個(gè)方面考慮：改變管道的固有頻率，通過(guò)增加系統(tǒng)的支承、調(diào)整支承位置或改變支承性質(zhì)以達(dá)到消振的目的；消減氣流振動(dòng)，避開(kāi)氣柱共振；降低脈動(dòng)壓力強(qiáng)度；在壓縮機(jī)管系上設(shè)緩沖器，緩沖器應(yīng)靠近氣缸進(jìn)出口處，使脈動(dòng)壓力不均勻度降低；合理設(shè)計(jì)管道系統(tǒng)，通過(guò)改變約束條件來(lái)改變系統(tǒng)的固有頻率；避免管道彎頭急轉(zhuǎn)彎，尤其在壓縮機(jī)管系的運(yùn)行中，應(yīng)盡量減少?gòu)濐^的使用，使管道走向平直以增強(qiáng)減振效果；增加減輕兩相流振動(dòng)的措施，加強(qiáng)支架剛度。

4 工程應(yīng)用

4.1 往復(fù)壓縮機(jī)

管道振動(dòng)是在往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，引起壓縮機(jī)進(jìn)出口管道振動(dòng)的原因比較復(fù)雜，管道設(shè)計(jì)時(shí)要注意以下問(wèn)題：

①盡可能沿地面或降低管道高度敷設(shè)，有利于管道支撐，當(dāng)發(fā)生振動(dòng)時(shí)，便于進(jìn)一步設(shè)置支架和采取防振措施。②壓縮機(jī)進(jìn)出口管道盡可能減少?gòu)濐^數(shù)量，盡量采用長(zhǎng)半徑彎頭或45°彎頭，縮短管道長(zhǎng)度，從而減小氣柱激振力。③在滿足設(shè)備管口和管道自身柔性要求的情況下，盡可能增大管系的剛度，可以通過(guò)增加管架數(shù)量，加大管架自身剛度等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。④活塞式壓縮機(jī)的支架最好采用防振管卡或固定支架，不能采用簡(jiǎn)單的托架和吊架。管卡應(yīng)采用扁鋼，不宜采用圓鋼，并且在管卡與管道之間應(yīng)加聚四氟乙烯墊片。⑤管架基礎(chǔ)應(yīng)單獨(dú)設(shè)置，避免機(jī)器自身的振動(dòng)影響甚至增大管道的振動(dòng)；避免管道支架基礎(chǔ)與其他基礎(chǔ)相連，防止管道與廠房產(chǎn)生共振。⑥振動(dòng)管道的支架設(shè)置與普通管道支架有所不同，支架間距也不同，它比普通支架間距要小，通常取普通管道支架的1/2～4/7。

4.2 往復(fù)泵

石油化工裝置中注水泵多采用往復(fù)泵。往復(fù)泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于吸入和排出的間斷性以及活塞的變速運(yùn)動(dòng)，使管路中的液流壓力和流量呈周期性變化，尤其當(dāng)排出壓力的變化頻率與排出管路的固有振動(dòng)頻率相等或者成倍數(shù)時(shí)，會(huì)引起管道系統(tǒng)的共振；同時(shí)使泵的原動(dòng)機(jī)負(fù)荷不均，出現(xiàn)容積效率降低、功率消耗增加、氣閥工況變壞，直接縮短往復(fù)泵的使用壽命。因此，設(shè)計(jì)中應(yīng)做到減少管路振動(dòng)的發(fā)生：另外增設(shè)空氣室是往復(fù)泵減振的常用辦法。

4.3 氣液兩相流管線

對(duì)于氣液兩相流在管道設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡量做到步步高或者步步低，防止液袋，避免產(chǎn)生管流脈動(dòng)；管線應(yīng)對(duì)稱布置；當(dāng)管道有變徑時(shí)，應(yīng)逐級(jí)變徑，避免過(guò)大的變徑；在閥門(mén)附近及轉(zhuǎn)彎處應(yīng)增加管道支撐，增大管系的剛度。

5 結(jié)語(yǔ)

管道振動(dòng)是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，要做好管道的減振必須綜合考慮各種因素，處理好各類矛盾。加固或增設(shè)管系支撐點(diǎn)能顯著提高系統(tǒng)的剛度，改變振動(dòng)特征， 但強(qiáng)固支承并不能改變壓力脈動(dòng)引起的激振力，這就是為什么加固管道支承后， 振幅雖有所降低但經(jīng)歷一段時(shí)間后支承會(huì)振裂的原因。

總之，雖然目前已提出了一些解決管道振動(dòng)的方法和措施， 但是管道的減振技術(shù) 還有待進(jìn)一步研究和探索。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋維源，肖挺楊，李吉.管道振動(dòng)控制技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2012（6）184.

[2]王樂(lè)勤，何秋良.管道系統(tǒng)振動(dòng)分析與工程應(yīng)用[J].流體機(jī)械，2002（10）：29.

[3]黨錫淇，黃幼玲.工程中的管道振動(dòng)問(wèn)題[J].力學(xué)與實(shí)踐，1993（4）：37.

[4]高茵.往復(fù)式壓縮機(jī)的配管設(shè)計(jì)[J].河南化工，2012（5）：35.

[5]郝婷，陳貴清，徐光耀.輸流管道振動(dòng)問(wèn)題的研究[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2008（7）：532.