天然氣分輸站管道的振動分析與解決方案

馬倩倩　董常龍

摘 要：天然氣分輸站管道振動易引起管道爆裂導致分輸站泄漏、爆炸等生產事故。管內天然氣引起的振動和管道配管引起的振動是造成管道振動的主要原因，本文從管道振動的理論角度進行了簡要的分析并結合沙河分輸站管道振動實際解決方法從流體系統(tǒng)及管道結構系統(tǒng)兩方面提出常用的減振措施，促進分輸站的管道振動問題的解決。

關鍵詞：天然氣分輸站;流體;管道振動;工程實例

1 引言

天然氣分輸站內的管道、設備、支撐及管道內的天然氣構成了一個完整的管道系統(tǒng)，主要有管道等硬件設備組成的管道結構系統(tǒng)和管內流體系統(tǒng)組成，根據(jù)管道系統(tǒng)的特點，研究管道振動主要從流體系統(tǒng)和管道系統(tǒng)進行分析。

2 振動機理分析

2.1 流體系統(tǒng)

管內天然氣的壓力、流速等工藝參數(shù)會隨著生產工況的變化而產生壓力波動，壓力波動與管道等設備相互作用產生激振力進而引起管道系統(tǒng)發(fā)生振動，壓力波動產生振動的程度可用壓力脈動、壓力脈動不均度及壓力脈動幅值來進行定量分析。

2.2 管道結構系統(tǒng)

管道工藝流程中分布著許多彎頭，變徑管，管道內的流體遇到管道的彎頭、變徑管等管道元件就會進行沖擊進而產生激振力產生管道振動。

2.3 管道產生振動的根源

綜合管內流體系統(tǒng)和管道結構系統(tǒng)的分析，管道產生振動的內因是氣流脈動，外因是管道工藝的空間結構。因此，管道振動是管道結構系統(tǒng)和管內流體系統(tǒng)共同影響造成的，其中，天然氣的壓力波動為主要因素。

3 管道減振方法

3.1 管流脈動的控制

管道設計中結合管流脈動合理配置管道，輸氣管道在前期設計和在配管過程中，要對管道配置進行模擬量化，找出壓力脈動形成的原因，控制管流脈動的程度，確保管道的抗振能力，杜絕盲目配管使設計的工藝無法投入使用。

3.2 管道結構的優(yōu)化

前期設計過程中要充分開展固有頻率模擬計算，根據(jù)固有頻率值的區(qū)間優(yōu)化管道的設計，合理搭配管道彎頭、直管段及變徑管的尺寸及數(shù)量，使其管道的流體頻率與管道自身固有頻率不相交，避免管道共振。

3.3 合理配置支撐，確保管道及設備空間的穩(wěn)定性

根據(jù)管道及設備的質量、運行工況和空間布置，合理的選擇支撐類型、支撐位置和彈性量，消除共振產生的可能性，確保設備及管道的空間穩(wěn)定性。

4 應用實例

4.1 管道振動概述

沙河分輸站工藝管道隨著進站壓力的升高，管道逐漸出現(xiàn)振動現(xiàn)象，工藝管道自過濾分離器至出口管線均出現(xiàn)較強烈的振動。根據(jù)振動的強烈程度，在壓力4.56MPa時，選取振動較明顯的9個測量點進行測量，通過測量發(fā)現(xiàn)振動現(xiàn)象主要集中在過濾分離區(qū)，過濾分離器的液位計振動最為明顯，且振幅值較大，過濾分離器本體及支撐振動幅度也較大，在用過濾分離器較備用過濾分離器振動程度要明顯。

4.2 管道振動原因分析

根據(jù)上述理論分析，對于沙河站的管道振動主要從流體系統(tǒng)和管道系統(tǒng)進行分析。我們選取了壓力脈動、彎頭數(shù)量及支撐工況進行了重點分析，引起沙河站管道振動的主要原因有三個方面：①進出站壓力均存在一定的壓力脈動，并且壓力越高，脈動值越大;②站內工藝設計緊湊，過濾分離器處的管道彎頭、變徑管數(shù)量多，天然氣在管道內流動過程中對管道彎頭、變徑管有較大的沖擊力;③站內管道支撐設計不合理，質量較大的過濾分離器中間跨度較大，許多支撐點處于懸空狀態(tài)。通過現(xiàn)場實際測量數(shù)據(jù)也表明了過濾分離器振動最為強烈，因此，解決沙河分輸站管道振動可從消除過濾分離器振動著手解決。

4.3 解決方案

第一、控制壓力脈動。在滿足下游用氣需求的前提下，適當調低出站壓力，減少高壓天然氣對彎頭的沖擊力緩解振動現(xiàn)象。第二、優(yōu)化管道彎頭等管件布置。將兩路過濾分離器同時運行的方式變?yōu)橐挥靡粋涞倪\行方式，將沖擊力將減少一半。第三、調整管道支撐基礎，改變管道的固有頻率，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在過濾分離器鋼結構下面加裝了8根可上下調節(jié)的鋼柱支撐，根據(jù)現(xiàn)場需要調節(jié)所需剛度消除設備因懸空導致的顫振現(xiàn)象，通過上述多項舉措，管道基本消除振動。

5 結束語

近幾年來，隨著天然氣管道大量建設，管道振動問題產生的影響也日益突出，本文結合目前天然氣分輸站設計及建設的現(xiàn)狀，探討了天然氣分輸站管道振動產生的機理并提出了解決的方案，為天然氣分輸站的管道振動解決提供可參考的案例，希望在本文相對應的一系列的建議和措施的幫助下，可以及時解決天然氣分輸站生產運行中產生的管道振動，確保天然氣分輸站的安全平穩(wěn)運行，進而為我國天然氣行業(yè)的發(fā)展做出一定的貢獻。

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