蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)及減振措施研究

趙 恒，肖婷方

（中國(guó)石油天然氣遼陽(yáng)石化分公司芳烴廠，遼寧遼陽(yáng) 111003）

0 引言

在管道設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中經(jīng)常需要面對(duì)蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)問(wèn)題，該問(wèn)題的存在會(huì)影響設(shè)備的正常使用，如果不加以阻止，甚至?xí)葑兂蓢?yán)重的安全事故。因此，在現(xiàn)代蒸汽管道設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要特別考慮蒸汽管道系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題。采取力學(xué)分析模型進(jìn)行失效分析，綜合考慮蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)的發(fā)生狀況與影響因素，并采取有針對(duì)性的措施，才能確保蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)問(wèn)題得以合理解決。

1 蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)的危害與生產(chǎn)控制現(xiàn)狀

1.1 蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)的危害

蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)問(wèn)題一旦出現(xiàn)，如果不快速解決，往往會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的問(wèn)題，主要危害體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是導(dǎo)致管道系統(tǒng)破壞。機(jī)械振動(dòng)長(zhǎng)期存在會(huì)導(dǎo)致管道的疲勞加劇，進(jìn)而引發(fā)疲勞類型的破壞，如果振動(dòng)不予以解決，會(huì)逐漸增加振幅，導(dǎo)致測(cè)量?jī)x表?yè)p壞，甚至?xí)?dǎo)致測(cè)量設(shè)備失效等。一些管道在使用過(guò)程中可能會(huì)受到強(qiáng)烈的振動(dòng)而出現(xiàn)位置上的變動(dòng)，出現(xiàn)管路附近連接位置的松動(dòng)與破裂，輕則出現(xiàn)泄漏問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)；二是導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益下降。在蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)出現(xiàn)后不及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降，甚至?xí)?dǎo)致停機(jī)維護(hù)，此時(shí)需要投入更多的資金來(lái)解決相關(guān)問(wèn)題，降低了投入回報(bào)率，同時(shí)也不利于行業(yè)的穩(wěn)定快速發(fā)展。

2 控制現(xiàn)狀

蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)控制主要采取設(shè)備故障處理以及工藝調(diào)整等方式，目前應(yīng)用比較廣泛的控制策略有：①借助于氣流脈動(dòng)的調(diào)整來(lái)降低擾亂影響，盡可能降低振動(dòng)的影響。一般來(lái)說(shuō)，在系統(tǒng)適當(dāng)?shù)奈恢门渲孟鄳?yīng)的容器可以起到元器件配置的作用，或者在一些特殊部位進(jìn)行容器配置，滿足整流設(shè)備的配置要求后，可以消減脈動(dòng)的控制影響，在管道部分采取連接件連接的方式則可以降低數(shù)據(jù)傳感器帶來(lái)的影響；②降低彎頭的角度，采取管線平直設(shè)計(jì)的方式予以解決，這種模式的具體特征是借助于降低氣流的擾動(dòng)來(lái)提升整體控制穩(wěn)定性；③借助管線固有頻率的操控來(lái)達(dá)到預(yù)期的控制效果，具體來(lái)說(shuō)就是調(diào)整管路的走向，對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸等進(jìn)行調(diào)整，再通過(guò)固有頻率的氣流脈動(dòng)頻率調(diào)整達(dá)到概率共振控制的效果，提升整體的發(fā)生率控制目標(biāo)；④采用阻尼材料對(duì)管系進(jìn)行加固，達(dá)到提升系統(tǒng)剛度的目的，解決振動(dòng)被動(dòng)控制的問(wèn)題。圖1 為振動(dòng)專用測(cè)試輔助工具，可以使用該工具確定蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)的嚴(yán)重程度，為確定控制策略提供信息依據(jù)。

圖1 振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

3 蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)原理

蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)的發(fā)生往往與機(jī)械振動(dòng)、內(nèi)部流體等因素有關(guān)。

3.1 機(jī)械振動(dòng)引發(fā)蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)

機(jī)械振動(dòng)是出現(xiàn)蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)的重要原因。在設(shè)備的內(nèi)部，管道往往作為連接各種重要設(shè)備的工具，特別是在生產(chǎn)過(guò)程中，振動(dòng)往往直接由機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動(dòng)引起，在設(shè)備運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程中，不但會(huì)出現(xiàn)管道系統(tǒng)連接動(dòng)力機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)，還會(huì)受到空氣壓縮設(shè)備等其他類型系統(tǒng)的影響，包括動(dòng)力平衡不足、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)榷际且鹫駝?dòng)的原因。大量的振動(dòng)會(huì)經(jīng)過(guò)管道系統(tǒng)的管壁進(jìn)入到系統(tǒng)中，進(jìn)而引起整個(gè)系統(tǒng)的振動(dòng)。在蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)發(fā)生時(shí)，往往還會(huì)伴有其他類型的特征，包括機(jī)械油泵系統(tǒng)的變化以及機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的特征等，實(shí)際上，往復(fù)重復(fù)的動(dòng)作往往會(huì)引發(fā)固有頻率的振動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)連接點(diǎn)傳導(dǎo)，導(dǎo)致系統(tǒng)振動(dòng)的發(fā)生。

3.2 內(nèi)部流體壓力引發(fā)蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)

內(nèi)部流體也是引發(fā)蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)的重要原因之一。根據(jù)相關(guān)振動(dòng)原理，蒸汽管道系統(tǒng)內(nèi)部會(huì)經(jīng)過(guò)大量的液體，這些液體本身具有一定的壓力，在壓力的影響下會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程中燃油供給不足的情況，持續(xù)的壓力變化會(huì)給管道系統(tǒng)帶來(lái)影響。例如柴油機(jī)處于高壓油泵工作狀態(tài)下，如果出現(xiàn)供油線路的油壓下降，往往會(huì)由于內(nèi)部壓力瞬間降低而出現(xiàn)異常，此時(shí)燃油總管會(huì)受到瞬時(shí)高壓影響，供油管道的內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)管壁周期性彈性振動(dòng)，這也是蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)出現(xiàn)的重要原因之一，需要特別予以關(guān)注。

4 蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)及減振措施

蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)原因分析可以幫助我們更好地解決蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)問(wèn)題，采取必要的減振措施，不但可以協(xié)調(diào)設(shè)備提升運(yùn)行效率，同樣也可以降低危險(xiǎn)發(fā)生率。

4.1 振源控制

振源控制是蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)控制的重要途徑，也是根本途徑之一，其中最為有效的振源控制方法為加裝元器件。一些專用的隔振元器件安裝后能夠有效降低振源的影響，處于管道結(jié)構(gòu)內(nèi)部加裝的減振裝置，可以顯著降低機(jī)械振動(dòng)帶來(lái)的負(fù)面影響，在安裝過(guò)程中可以針對(duì)設(shè)備的動(dòng)力機(jī)械結(jié)構(gòu)起到良好的隔振效果。在進(jìn)行元器件的選擇和設(shè)計(jì)時(shí)，需要兼顧實(shí)際使用的環(huán)境與要求，盡可能滿足機(jī)械設(shè)備激勵(lì)頻率以及加裝設(shè)備的實(shí)際隔振要求。在隔振原件安裝過(guò)程中需要進(jìn)行高質(zhì)量控制，包括機(jī)械設(shè)備以及管道系統(tǒng)的振動(dòng)影響等，通過(guò)合理降低振動(dòng)帶來(lái)的不良影響，可以進(jìn)一步改善管道振動(dòng)的影響比例，進(jìn)而達(dá)到有效降低整體振動(dòng)幅度的效果。另外一個(gè)較為有效的振源控制方法是防振支撐技術(shù)，該技術(shù)主要依賴于現(xiàn)代防振處理技術(shù)的進(jìn)步，特別是專用蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)控制設(shè)備的發(fā)展。現(xiàn)階段大多數(shù)的機(jī)械設(shè)備在應(yīng)用蒸汽管道系統(tǒng)時(shí)都可以很好地滿足振源控制的要求，采取必要的防振支撐更是能夠借助于主動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)達(dá)到預(yù)期的防振支撐要求，滿足支撐需要。例如在柴油機(jī)的橫向支撐方面則可以采取直接連接的模式來(lái)實(shí)施橫向的強(qiáng)化，柴油機(jī)采取橫向振動(dòng)能量強(qiáng)化，不但能夠解決隔振系統(tǒng)的控制問(wèn)題，也可以解決船體吸收的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)管道系統(tǒng)的平衡傳遞。大多數(shù)情況下，采取增設(shè)防支撐的方式能夠減輕振動(dòng)幅度50%以上。

4.2 系統(tǒng)振動(dòng)傳遞控制

機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中會(huì)對(duì)系統(tǒng)的傳導(dǎo)產(chǎn)生影響，在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)對(duì)管道流體壓力產(chǎn)生影響，此時(shí)流體的脈動(dòng)效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致管道的振動(dòng)加劇。因此，針對(duì)管道內(nèi)的流體壓力產(chǎn)生的影響，減振不能夠僅僅采取振源控制，畢竟振源會(huì)持續(xù)變化，針對(duì)管道系統(tǒng)的諧振特征采取措施，可以通過(guò)管道阻抗調(diào)整的方式來(lái)滿足振動(dòng)傳遞控制要求。在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行控制方面，區(qū)域管道長(zhǎng)度、橫截面積、管道元器件、系統(tǒng)諧振水平等都是影響振動(dòng)傳遞的因素，選擇合適的位置進(jìn)行調(diào)整，可以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，將振動(dòng)控制在最低。

實(shí)施管道改造，具有一定的標(biāo)準(zhǔn)與技巧，采取軟管連接設(shè)備的方式可以很好地解決機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性問(wèn)題，同時(shí)也有助于軟管自身的內(nèi)部振動(dòng)傳遞，包括軟管的延展性以及吸收脈沖能量的性能，降低振動(dòng)的頻率，這些內(nèi)容并不是連接位置能夠決定的，往往需要對(duì)多個(gè)位置進(jìn)行連接后才能夠起到相應(yīng)的效果。除此之外，控制系統(tǒng)振動(dòng)還可以通過(guò)加裝消振裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括消除振源壓力脈沖的方法。一般來(lái)說(shuō)，在實(shí)際的減振處理中，要想真正意義上完全消除掉壓力脈動(dòng)是不現(xiàn)實(shí)的，所以很多情況下需要做好連接位置的管理，盡可能做好軟管的控制，滿足整體的效果。在實(shí)際減振體系中，要想解決技術(shù)改造的問(wèn)題，應(yīng)該根據(jù)具體改造的操作性來(lái)進(jìn)行強(qiáng)化，滿足強(qiáng)化改造的要求，可以借助濾波元件、內(nèi)部脈動(dòng)能量吸收與衰減控制等方式，最終達(dá)到理想的蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)控制效果。

5 總結(jié)

綜上所述，隨著時(shí)代的進(jìn)步與發(fā)展，各種科技與技術(shù)得以廣泛應(yīng)用，蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)問(wèn)題的解決也向著多樣化的方向發(fā)展。從客觀上分析，蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)會(huì)影響設(shè)備的正常使用，解決該問(wèn)題不但有助于延長(zhǎng)設(shè)備的整體壽命，對(duì)于形成良好的管理習(xí)慣，推動(dòng)行業(yè)的穩(wěn)定高速發(fā)展也具有一定的借鑒價(jià)值。在實(shí)際實(shí)施蒸汽管道系統(tǒng)振動(dòng)控制過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)做好振源控制工作，從源頭降低振動(dòng)帶來(lái)的負(fù)面影響，同時(shí)采取振動(dòng)傳遞控制模式，逐步過(guò)渡到先進(jìn)控制的階段，提升設(shè)計(jì)水平，保證管道設(shè)備安全可靠運(yùn)行。