柱塞式計量泵出口管道振動大原因分析及改進

王海蘭，王雁玉，姚燕平

（國家管網集團西南管道有限責任公司南寧輸油氣分公司，廣西南寧 530022）

0 引言

管道振動問題是石油、化工行業長期存在的一種常見現象，在泵機組的轉動和流動介質中，機械振動不可避免。長期的管道振動會嚴重影響管道上的閥門、管件的松動損壞，甚至引發連接的設備振動和損壞[1-3]。直接影響管道及其設備的安全運行和操作人員的人身安全。

管道振動直接反映了與其連接設備的性能及運行情況，研究表明，引發管道振動的因素是多方面的，究其原因在于機組的操作、安裝、設計及現場運行等方面。以某成品油站場柱塞式計量泵出口管道振動大為例，分析管道振動過大的原因，并據此提出改進措施。

1 事件概述

某成品油站場主要輸送0#柴油和92#汽油，站場摻混系統配套兩臺國產柱塞式計量泵，此站場產生的混油只能實現在線回摻，兩臺計量泵采用一用一備的運行模式，切換方式為手動。計量泵及配套進出口管道基本信息見表1。

表1 2 臺計量泵及配套管路基本信息

2020 年7 月，在進行混油切割時，站場人員發現計量泵出口管道振動較大，呈上下振動。為調整現場振動情況，站場人員先后采取調整摻混比例、摻混量、切換至另外一臺計量泵、同時啟動兩臺計量泵進行摻混作業等多種措施，仍出現泵出口管道振動過大現象。現場單臺摻混泵排量2000 L/h，但運行過程中，因振動原因，實際摻混流量單臺泵最大只能達到1000 L/h。原有現場摻混工藝流程如圖1所示。

圖1 原有摻混工藝流程

2 原因分析

根據現場調研及測試，將計量泵進出口管線拆除，單獨啟泵，技術人員使用VC63 便攜式數字測振儀對兩臺計量泵本體振動值進行測量，振動速度在0.7 mm/s 左右，振動值較小。而連接管線后啟泵測試，泵出口管道呈上下振動，振動速度高達45 mm/s 左右，超過允許振動速度15 mm/s。根據測試結果，排除計量泵本體振動大因素。分析造成計量泵出口管道振動較大的原因主要有以下兩個方面：

2.1 泵出口管道管徑小

現場泵配套出口管道管徑為Φ27×3 mm，管徑較小。經分析，泵出口管徑小時會導致泵排出沖程中出現過大的壓力損失。且同等流量下，管徑越小，管道端口接收到的速度激發就越大，流速就越大，而管道內流體流速過快會產生湍流邊界層分離形成渦流，引起管道振動[4]。

2.2 系統沖擊

現場調研時發現，計量泵出口直接連接單向閥，管線上未設置脈動緩沖器和背壓閥，現場進行摻混作業時，流量脈動無設備設施進行緩沖，導致介質流量脈動較大，對出口管道系統造成大的沖擊，使泵出口管道產生較大振動。

3 改進措施

針對現場發現的情況，提出并實施以下改進措施：

（1）增大泵配套出口管道管徑。在管道管材和走管方式不變的情況下，適當增大泵出口管道管徑，從而使管道的橫截面積加大，管路的橫截面面積增大可以減小管路的應力[5]，從而減小管道的壓力脈動，使之不產生諧振。根據輸油管道工程設計規范中，輸油管道管壁厚度計算及管道附件的結構設計計算：

式中 δ——直管段鋼管計算壁厚，mm

P——設計內壓力，MPa

D——鋼管外直徑，mm

[σ]——鋼管許用應力，MPa

據現場實際計算后，將出口管道管徑增大為Φ60×3.5 mm。新采購的管材應注意內表面應光滑平整，無龜裂、分層、針孔、雜質、貧膠區及氣泡，管端面應平齊、無毛刺，管外表面無明顯缺陷。

（2）在泵出口設置脈動阻尼器。從計量泵出來的脈動流體先進入脈動阻尼器，阻尼器可起到穩定管道流體壓力和流量的作用，對流量脈動造成的系統沖擊進行削減，以減緩管路振動，降低噪聲，提高管路的安全性[6]。

（3）在出口管道單向閥前設置背壓閥。在管道壓力不穩定的情況下，背壓閥可以保持管道需要的壓力，使計量泵輸出正常的流量。同時背壓閥配合脈動阻尼器使用，可以減小水錘對管道系統造成的危害，保護管道系統不受壓力波動帶來的沖擊。

現場改進完成后，對站場摻混工藝進行啟動測試，計量泵出口管道振動較小，振動速度為1.2 mm/s 左右。改進后的現場工藝流程如圖2 所示。

圖2 改進后摻混工藝流程

4 改進注意事項

（1）改造施工前，要進行施工組織設計，嚴格按照管理規定和施工組織設計進行施工，同時施工前應進行施工安全措施交底、進行安全教育，意外事項防范和安全撤離教育等。

（2）管道焊接前需進行焊接工藝評定，施工嚴格遵照焊接工藝評定參數執行。管道焊接應嚴格執行國家相關標準要求，在以下環境下，如果不采取有效的防護措施，不得進行焊接：雨天或雪天；風速超過8 m/s；大氣相對濕度超過80%。

（3）管道焊接后的焊縫進行100%外觀檢查，外觀檢查合格后進行100%超聲波檢測和100%射線檢測，超聲波檢查II 級合格，射線檢測II 級合格。

（4）管道焊口防腐與原管道防腐方式保持一致，一般采用環氧富鋅底漆+環氧云鐵中間漆+氟碳面漆進行防腐。

改進后的現場布置如圖3 所示。

圖3 改進后現場布置

5 結束語

管道振動是石油石化場站常見問題，需要根據現場實際問題進行具體分析。對柱塞式計量泵出口管道振動大工程案例進行分析，確定泵出口管道管徑小、系統沖擊大是造成管道振動過大的主要原因。通過改進泵出口管道管徑、增加脈動阻尼器和背壓閥等有效措施，提高了計量泵出口管道運行的穩定性和可靠性。