氣化鎖斗管線振動機理及改良淺談

徐上

【摘 要】我合成氨廠氣化采用的是水煤漿氣化工藝，這是國內主流的、較為先進的煤氣化工藝，此工藝穩定性好、適應性強，我廠采用的多原料漿氣化就是其分支技術之一，多年來，運行良好，但也有一些問題出現，有待改進。本文針對多元料漿氣化裝置鎖斗排渣過程中管路振動這一普遍、多發問題，分析原因，并總結出切實可行的措施，從而有效控制鎖斗管線的振動。

【關鍵詞】鎖斗；振動；激勵；管路特性；措施

一、鎖斗簡介及振動原因

我合成氨廠使用的是西北院開發的多元料漿氣化工藝，煤漿和氧氣從工藝燒嘴噴出后進入壓力6.0MPa、溫度1350℃的氣化爐燃燒室混合進行不完全燃燒，生成以CO、H2、CO2為主的粗合成氣及熔融態灰渣進入氣化爐下部激冷室冷卻。在燃燒室的高溫下，灰渣是以熔融態順爐壁向下流淌，經下降管激冷，呈固態，再經破渣機粉碎，沉積在氣化爐激冷室底部的粗渣及其它固體顆粒，通過循環水流的循環作用帶入鎖斗。大的渣塊經破渣機進行破碎。從氣化爐排出的大部分灰渣沉降在鎖渣罐底部。從鎖渣罐頂部抽出較清的水，經鎖斗循環泵循環進入氣化爐激冷室。上圖為鎖斗流程簡圖，由破渣機攪碎的灰渣，經XV08、XV09進入鎖斗（V1303）；鎖斗循環泵，由xv11抽取鎖斗上部水，沖洗破渣機上部，輔助下渣；集渣30min后進入排渣程序，XV09關閉，XV15打開，將鎖斗泄至常壓，XV13打開，XV10打開，鎖斗沖洗水罐（V1304）的水對鎖斗進行沖洗，置換，排出灰渣；完成后，XV10、XV13、XV15關閉；XV17對鎖斗沖壓至氣化爐壓力，XV09打開，繼續收渣程序。

由于鎖斗排放過程是間歇操過程，其沖洗水管線也是間歇振動。鎖斗排渣系統間歇操作時間為35min左右，鎖斗配備的沖洗水系統也為35min工作一次，開與關之間間隔時間很短。造成鎖斗沖洗水管線振動的原因主要是由于閥門迅速開關動作導致管道內部介質流速急劇變化，從而形成水錘造成管道振動，并且此管道由于并非單一水介質，內含少量固體雜質，為防止管路堵塞管路彎頭較少管道直徑較大，從而無法有效地吸收管道振動。而管路上管件眾多，支吊架設置不當使其振動頻率分布較廣，閥門振動極易引起管道的共振。每天概40余次的程序動作，振動主要集中在沖洗水閥所在管路，即鎖斗沖洗水罐出口至鎖斗入口段。由于管路管件眾多，閥門開關的振動極易與管道發生共振，從而產生更大的危害。

二、控制振動的主要措施

對于線性振動系統，其振動特性如下圖所示：

管道振動特性由三類參數組成，其相輔相成，互相確定，而解決管道振動的方法也是從前面兩個參數入手，從而改變管道振動響應。

1、管道振動激勵的改變

管道振動的激勵即源頭就是閥門的間歇操作，短時間內突然改變了管道之中介質的流型、流速，引發振動。激勵的改變包括兩方面：其一，改變閥門的自身固有屬性（如閥芯、流道等），雖然這應屬于管路特性范圍，但是其可以影響振動激勵，所以劃歸此類；通過改變閥門自身固有屬性來改變振動激勵可以從根本上防止振動地產生，其費用巨大，更重要的是無法有效地預測效果，所以這種方法不宜采用。其二，改變閥門操作狀態。改管變閥門操作狀態就是通過修改閥門的開關時間，通過緩路開緩關的方式避免流突然急劇改變流動狀態，從而可以有效地減少振動。這種方法只需要改變閥門中控系統的時間參數，簡單無成本；但沖洗水閥門所在管路與整個鎖斗管路是一個系統，閥門的操作時間變化必然引起整個系統操作時間的變化，本方法需要從整體出發，統一安排，兼顧系統的條件下來改變沖洗閥門開關的時間參數。

2、管路特性的改變

管路自身特性包括各個管件的響應頻率、響應范圍以及系統總成振動頻率。改變管路特性就是通過改變管路的固有頻率，打斷管路系統與振動激勵之間的耦合，從而減小振動。這種方法并不能消除振動，而僅僅是減弱振動。較可行的方法有以下幾種：1、增加支吊架等約束結構；2、安裝膨脹節軟管；3、改變管路長度。增加管道支架可以調整管道機械固有頻率，打斷管道頻率與激勵頻率之間的耦合，從而減弱振動；這種方法簡便易行，成本較低，但是必須在安裝管道之初對管道進行分析，并且在裝置框架內提供支撐支吊架的承重梁等結構；可在支架與管道間加彈簧支架以進一步減輕與管道的受力還有一種方法就是在沖洗水管線止逆閥前加一限流孔板，通過改變管道中流體流速來改變管道振動頻率從而達到減少振動的目的。相比較第1種方法，增加膨脹節更加簡單。由于膨脹節是柔性連接，不會傳遞振動，所以可以改變管道的自有振動頻率，從而達到減振的目的。但是膨脹節吸收的振動量有限必須事先計算好膨脹節的吸收量，并且膨脹節為軟性連接，在強振動狀態下易與管道脫開。必須注意的是，支架與膨脹節都應設置于彎頭或者流型改變處，以求在振動產生之初就減弱振動，否則有可能產生更大的振幅。對于還有人提出的改變管道長度的方法，也就是改變管道出口設備與入口設備的相對距離，改變其間連接管道的長度，而達到減振的目的。這種方法需要在設計之初就要拉近兩設備的相對距離，既保證沖洗水罐的高度足夠低，同時還要保證沖洗水的自重壓力足夠大，這是一個兩難選擇，且這種辦法仍然治標不治本。對比前兩種方法，這種方法周期長、成本高、不易更改。

三、結論

氣化裝置正常運行中鎖斗沖洗水管道的振動是一個十分常見的問題，在嚴重情況下這種振動易損壞管道甚至影響到框架結構，對其影響裝置穩定運行的潛在危害其危害不容忽視。綜上分析幾種引起振動的原因以及解決方法，比較簡單易行且效果顯著的方法就是增加膨脹節并且外加支吊架，或者通過其與其他方式復合，各自夠揚長避短，在避免振動的同時還能保護膨脹節不致損壞。

【參考文獻】

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