常壓閃蒸塔進料線振動分析及改進措施研究

賀建賓

（陜西省洛川縣交口河鎮延安煉油廠，陜西延安 727406）

0 引言

常壓蒸餾裝置閃蒸塔進料管道因其氣液兩相流的特性經常出現振動。針對這一問題，結合現場生產過程遇到的問題，對常壓閃蒸塔進料管道避免振動的配管設計優化方案。

1 設備概述

300萬t/年常壓裝置設計生產規模為9000 t/d，平均年開工時間為8000 h。自2006年以來，實際加工量一直在10 000 t/d左右。閃蒸塔進料線（介質為脫鹽油）經過E-1116/1.2脫鹽油—常底油換熱器到閃蒸塔進料口，進料溫度，壓力1.24 MPa左右，管線尺寸DN450 mm，管道彎頭和與閥門連接的立管區域，振動劇烈，振幅最大可達。

圖1 常壓閃蒸塔進料線改造前簡易流程

2 前期處理情況

前期針對閃蒸塔進料管線振動幅度加大的問題，對閃蒸塔進料線更換及加固改造,在水平進料管線增加了彈簧支座，進料管線垂直段增加了DN450 PN4.0閘閥員臺。2015年5月1日開工后，管線振動幅度減小，其中振幅最大的中部彎頭處，從原來下降到5 mm左右。

圖2 常壓閃蒸塔進料線前期加固點示意

2015年11月份，裝置加工量提至10 000 t/d左右，閃蒸塔進料線振動有所加大，尤其是12月29日，由于300萬t/年常壓裝置再次提加工量至10 200 t/d，振動幅度更加明顯，中部彎頭振幅最大達到22 mm，車間監護運行。

2016年1月13日，施工單位對閃蒸塔進料線彈簧支座進行調整，對支座的龍門架進行加固，振幅減小，最大平均振幅4～5 mm。

2016年3月，振動再次逐漸增大，經過設計增加垂直段管路約束，在閃蒸塔進料閥下部，振動產生的方向布置減振器。減振器布置以不對正常熱膨脹產生影響，而只對振動產生進行約束為原則，所以在立管平臺上方布置4個減振器。5月20日，安裝調試后，進料線振速由原來的降至10 mm/s以下，振幅降至2 mm左右，效果明顯，但未從根本上解決閃蒸塔進料振動問題。

通過前期的彈簧支座、減振器的使用、調整，閃蒸塔進料線振動的幅度有所降低，但隨著生產加工量的變化、彈簧支座疲勞等原因，管線振動有出現反復變大現象，并沒有徹底解決進料線振動的問題。

3 原因分析

充液管道系統的振動是一種機械振動。引起管道振動的因素也很復雜，一般可歸結為以下4個：①管道系統液體流動狀態突然改變，出現液壓沖擊，使管道產生振動；②液體流經節流處，將出現空穴現象，至使管道產生振動；③管內流體流動速度過快、流型不合理及管道系統的設計與配置不合理，導致管線出現振動；④管道系統根據配置情況、支撐的類型和位置也含有一些列的固有頻率，當激發頻率與某階段固有頻率相等或接近時便發生管道的機械振動。

通過對前期對該管線振動處理情況分析認為，由于裝置加工原油為混合原油，其API值（表示石油及石油產品密度的一種量度，API度愈大，相對密度愈小）為36.3，20時原油密度0.839 g/cm3，原油較輕，裝置采用閃蒸塔流程，使脫后原油經換熱后在閃蒸塔進料管線處，處于氣液兩相狀態，會引起管線振動。原油經過E-1116（脫鹽油—常重二換熱器）換熱至220，0.87 MPa時的氣化率為2.3%，垂直管道內流型為柱狀流（塊狀流），該流型在進料線的彎頭、變徑等處會產生較大的激振力，引起管道振動（圖3）。該閃蒸塔進料線管道從換熱器出口至閃蒸塔共有8個彎頭和1個彎頭，加劇管道振動。

圖3 兩相流水平管道流型

4 改進措施

（1）管線優化。對原閃蒸塔進料主管線及相關換熱器的管線進行調整：進料主管線由原 DN450改為DN500；增加脫鹽油——常重（二）（E-1116/1，2）換熱器管殼程之間管線，管程管線為DN400；脫鹽油——常三線（一）（E-1115）至脫鹽油——常重(二）（E-1116/1，2）管程入口的管線管徑不變，仍為 DN350，由于換熱器（E-1116/1，2）不重疊，該管線布置相應調整，減少彎頭數量，且加裝彈簧支（吊）架等。

（2）設備修改及調整：①對原重疊布置的2臺脫鹽油——常重（二）換熱器（E-1116/1,2）），進行拆分，分開布置（E-1116/1在上部13 m平臺）；②更換2臺換熱器的管箱部分、修改換熱器的管程出口咀，修改閃蒸塔進料管口；③更換換熱器管箱，將E-1116/2出口法蘭改為 DN400，E-1116/1入口法蘭改為DN400出口法蘭改為DN450（圖4、圖5）。

圖4 改造前閃蒸塔進料線

圖5 改造后閃蒸塔進料線

（3）儀表部分。閃蒸塔進料線修改，該主管線及相關換熱器出口管線的溫度指示、壓力計及熱電偶等相應更換。

（4）結構部分。對脫鹽油—常重（二）換熱器（E-1116/1,2）及脫鹽油—常三線（一）換熱器（E-1115）的基礎進行加固。

2017年3月，300萬t/年裝置大修期間，按照改造方案組織施工改造。4月2日正常投產后，閃蒸塔進料線振動基本消失，無明顯振動，但閃蒸塔框架及冷換框架平臺略有振感，待后期持續觀察。

5 結束語

300萬t/年常壓裝置閃蒸塔進料線振動問題困擾車間多年。根據設備振動部位和原油物理性質，認為換熱后高溫原油在管線不同位置以氣液兩相或者柱狀流狀態流動而導致管線振動。將閃蒸塔進料管線由DN450優化為DN500、對現有重疊設備進行拆分布置、優化管路布置等方法，可以有效改善閃蒸塔進料振動問題。通過施工改造后 ，進料管線振動現象基本消失。