化工管道振動分析及對策

吳　迎，劉三軍，周耀青，朱圣東

化工管道振動分析及對策

吳迎1，劉三軍1，周耀青1，朱圣東2

（1.中國五環工程有限公司，湖北武漢 430223；
2.武漢工程大學化工與制藥學院，湖北武漢 430073）

對化工裝置中管線產生振動的原因進行分析，針對振動的不同情況，提出了通過合理的配管設計以避免管線振動的對策。

化工管道；振動；分析；對策

1　引言

引起化工管道振動的因素很多，主要有兩大類：一類是管道內由于兩相流及液擊產生振動，另一類是動設備對于管道產生的強迫振動。為了避免管道振動，通常需要分情況去處理。下面著重討論化工管道的振動及對策并提出解決途徑。

2　兩相流管線振動及對策

對于管道內由于兩相流及液擊產生的振動，管道內由于其兩相流體性質，與氣液單相流動相比，氣液兩相流中存在更復雜的流動過程，也更容易因管道內的湍流而引起管系的振動和噪音［1-5］。

對于兩相流管線，由于管道內流體壓力的波動，在運行過程中極易產生振動，因此在配管設計中要引起足夠重視。在兩相流管線配管設計過程中，為了避面管線產生振動，應該做到以下幾點：一、對于存在兩相流動的管道，應當先垂直走向，然后水平布置，管線應當短而直；二、對于存在兩相流動的管線，調節閥安裝的位置應當接近接收介質的容器，最好調節閥直接與接收介質的容器相連接；調節閥后出現的第一個轉向彎頭應當采用三通來連接，并且在三通直連的一端應加設堵頭；同時要盡量減少彎頭的數量，如果必須采用彎頭，應采用4倍D的大直徑彎頭，從而減少管內流體對管件的沖擊和磨損。如果出現水平管段急劇變向的情況，應當使用45°彎頭代替90°彎頭，同時需要縮短兩相流管道支架之間的距離，來增加其對管道的約束，管道上的管托應符合HG/T 21629—1999 J13振動管道用管托的標準，在此基礎之上，還需要對兩相流管線進行應力核算［6-9］。對于水擊產生振動的管線，首先在工藝設計上要盡量避免，同時在管道布置方面，需要合理設置管道支架，加強對管道支架的工程處理，以避免因水擊而產生管線振動。

3　動設備對于管道產生的強迫振動及對策

對于動設備聯接管道產生的強迫振動，主要根源有以下幾個方面：第一，由于動設備的基礎設計不當，導致動設備動平衡比較差產生振動；第二，由于氣柱共振形成氣流脈動產生的振動；第三，由于彎頭、異徑管、孔板、閥門等附近產生了激振力導致流速、阻力、流向變化造成的振動；第四，由于激振力頻率等于或接近管線固有頻率而出現共振產生的振動。根據振動產生的不同根源，可以分情況處理。對于第一種情況，可以通過改進基礎設計使得機器的動平衡趨于合適。對于第二種情況，一般可以通過加大動設備前的緩沖罐的體積，并在緩沖罐的出口加一塊孔板，來避免由于氣柱共振形成氣流脈動產生的振動。對于第三種情況，為了減少激振力，需要盡量減少彎頭、異徑管、孔板、閥門等管件。對于第四種情況，需要改變管道的固有頻率，使其遠離激振力頻率。比如避開共振區域：通常固有頻率W1（角頻）應避開0.8～1.2激振頻率W0（角頻）的區域，在工程中最后避開0.5～1.5激振頻率（角頻）的區域，這樣可以使振幅較小。見圖1。或者控制固有頻率W1（角頻）在激振頻率W0（角頻）的1.2 倍以上，設計時候最好控制在1.5倍以上。激振力頻率W0（角頻）可以用以下公式計算：W0=n/60 X 缸數X 單（雙）作用數（1/秒，n=轉/分（壓縮機轉數）。也可以控制壓力脈動：p≤5kg/ cm2，壓力脈動值取2%～8%；p≤5～100kg/cm2，壓力脈動值取2%～6%；p≤100～200kg/cm2，壓力脈動值取2%～5%；p≤200～500kg/cm2，壓力脈動值取2%～4%，見表1。還可以通過調整立式設備支耳標高及臥式設備固定端來增加管道的柔性，通過減小位移量來防止管線對設備管口的推力過大；此外，為了降低局部應力，還可以進行支管補強。

圖1　共振區域圖

表1　壓力與壓力脈動值

4　結論

對化工裝置中管線產生的振動原因進行分析，并針對產生振動的不同情況，通過合理的配管設計以避免管線產生振動的對策進行討論，提出合理的解決方案，以供同行參考。

［1］ 劉清玉.兩相流管線震動分析［J］.石油化工設計，2001，18（1）：25-27.

［2］ 汪蓓，劉婭.基于不同兩相流管線的設計思路探討［J］.化肥工業，2012，50（4）：27-28.

［3］ 劉欣佟.兩相流工藝管線震動分析與減震控制［J］.價值工程，2011，（4）：38.

［4］ 袁助，付晶.低溫甲醇洗氣液兩相流管線工程設計［J］.化工設計，2012，22（1）：3-5.

［5］ 劉衛坤.煤制合成氣氣液兩相流管道布置探討［J］.化工設計通訊，2006，32（3）：42-43.

［6］ 張德姜，趙勇.石油化工工藝管道設計與安裝［M］.北京：中國石化出版社，2001.

［7］ 化學工業部化工工藝配管設計技術中心站.化工管路手冊（下）［M］.北京：化學工業出版社，1988.

［8］ 蔡爾輔.石油化工管道設計［M］.北京：化學工業出版社，2004.

Analysis and Countermeasures of Vibration of Chemical Pipelines

Wu Ying，Liu San-jun，Zhou Yao-qing，Zhu Sheng-dong

The reasons of chemical pipelines vibration were briefly analyzed.Moreover，how to avoid their vibration was discussed during the pipeline design.

chemical pipelines；vibration；analysis；countermeasures

TH45

A

1003-6490（2016）06-0102-02

2016-06-03

吳迎（1973—），女，湖北武漢人，高級工程師，主要從事高壓設備和管線的設計工作。