淺析石油化工裝置管道防振設計

張傲雪

摘 要：在石油化工裝置中，管系受到管道內部流體流動和外部環境因素等影響，會產生振動。管系若長期處于振動狀態下，對裝置的安全運行極為不利。本文著重分析了引起管道振動的原因，并根據不同原因下產生的振動，提出減振措施。并列舉管道設計過程中防振的應用，對管道防振設計提出展望。

關鍵詞：管系振動；氣流脈動；防振設計

在石油、化工等工礦企業中，廣泛使用管道輸送流體，受到流體沖擊流體輸送機械產生隨機振動。由于機械間歇性和周期性的吸排使管流的壓力、速度、密度等參數既隨位置變化，又隨時間變化，管流的壓力、速度、密度等參數隨時間呈周期性變化的現象稱“管流脈動”。管流脈動是引起管道及附屬設備振動的主要原因。此外，管道受到地震、風力和意想不到的外力瞬時沖擊等的作用，會發生復雜的振動。管線長期振動易產生疲勞破壞。隨著我國石油化工行業的快速發展，人們對管道振動的問題日漸重視，并從設計、安裝到維護全面考慮采取相應的措施預防或減小管道振動。

1 管道振動的危害性分析

石化行業生產裝置中，管道縱橫、管網密布。高溫，高壓管的脈動引起管道的振動造成許多危害性，強烈的管道振動會使管道結構、管路附件產生疲勞破壞，特別是管道的連接部位發生松動和破裂，引起泄漏或引起爆炸、燃燒，造成嚴重事故，或引起基礎和絕熱材料的龜裂，降低動力機械的效率，引起額外功率消耗，使工況變壞。

2 管道振動的原因

引起管道振動原因是管道的振動通常來源于兩個振動系統：一個是管道結構系統，另一個是流體系統 。壓力管道的激振力可分為來自系統自身和系統外兩大類。系統自身的主要有與管道直接相連接的機械的振動和管道內部流體不穩定流動引起的振動；系統外的有風載、地震載荷等，其中前者是管道振動的主要誘因。

3 管道減振技術

現有的減振技術都是從以下幾個方面考慮：改變管道的固有頻率，通過增加系統的支承、調整支承位置或改變支承性質以達到消振的目的；消減氣流振動，避開氣柱共振；降低脈動壓力強度；在壓縮機管系上設緩沖器，緩沖器應靠近氣缸進出口處，使脈動壓力不均勻度降低；合理設計管道系統，通過改變約束條件來改變系統的固有頻率；避免管道彎頭急轉彎，尤其在壓縮機管系的運行中，應盡量減少彎頭的使用，使管道走向平直以增強減振效果；增加減輕兩相流振動的措施，加強支架剛度。

4 工程應用

4.1 往復壓縮機

管道振動是在往復式壓縮機運行中經常遇到的問題，引起壓縮機進出口管道振動的原因比較復雜，管道設計時要注意以下問題：

①盡可能沿地面或降低管道高度敷設，有利于管道支撐，當發生振動時，便于進一步設置支架和采取防振措施。②壓縮機進出口管道盡可能減少彎頭數量，盡量采用長半徑彎頭或45°彎頭，縮短管道長度，從而減小氣柱激振力。③在滿足設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，可以通過增加管架數量，加大管架自身剛度等方法來實現。④活塞式壓縮機的支架最好采用防振管卡或固定支架，不能采用簡單的托架和吊架。管卡應采用扁鋼，不宜采用圓鋼，并且在管卡與管道之間應加聚四氟乙烯墊片。⑤管架基礎應單獨設置，避免機器自身的振動影響甚至增大管道的振動；避免管道支架基礎與其他基礎相連，防止管道與廠房產生共振。⑥振動管道的支架設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 往復泵

石油化工裝置中注水泵多采用往復泵。往復泵在運轉過程中，由于吸入和排出的間斷性以及活塞的變速運動，使管路中的液流壓力和流量呈周期性變化，尤其當排出壓力的變化頻率與排出管路的固有振動頻率相等或者成倍數時，會引起管道系統的共振；同時使泵的原動機負荷不均，出現容積效率降低、功率消耗增加、氣閥工況變壞，直接縮短往復泵的使用壽命。因此，設計中應做到減少管路振動的發生：另外增設空氣室是往復泵減振的常用辦法。

4.3 氣液兩相流管線

對于氣液兩相流在管道設計過程中，盡量做到步步高或者步步低，防止液袋，避免產生管流脈動；管線應對稱布置；當管道有變徑時，應逐級變徑，避免過大的變徑；在閥門附近及轉彎處應增加管道支撐，增大管系的剛度。

5 結語

管道振動是一個非常復雜的問題，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。加固或增設管系支撐點能顯著提高系統的剛度，改變振動特征， 但強固支承并不能改變壓力脈動引起的激振力，這就是為什么加固管道支承后， 振幅雖有所降低但經歷一段時間后支承會振裂的原因。

總之，雖然目前已提出了一些解決管道振動的方法和措施， 但是管道的減振技術 還有待進一步研究和探索。

參考文獻：

[1]宋維源，肖挺楊，李吉.管道振動控制技術現狀及展望[J].安全與環境學報，2012（6）184.

[2]王樂勤，何秋良.管道系統振動分析與工程應用[J].流體機械，2002（10）：29.

[3]黨錫淇，黃幼玲.工程中的管道振動問題[J].力學與實踐，1993（4）：37.

[4]高茵.往復式壓縮機的配管設計[J].河南化工，2012（5）：35.

[5]郝婷，陳貴清，徐光耀.輸流管道振動問題的研究[J].水利科技與經濟，2008（7）：532.