化工管道振動分析及對策

吳　迎，劉三軍，周耀青，朱圣東

化工管道振動分析及對策

吳迎1，劉三軍1，周耀青1，朱圣東2

（1.中國五環(huán)工程有限公司，湖北武漢 430223；
2.武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院，湖北武漢 430073）

對化工裝置中管線產(chǎn)生振動的原因進(jìn)行分析，針對振動的不同情況，提出了通過合理的配管設(shè)計(jì)以避免管線振動的對策。

化工管道；振動；分析；對策

1　引言

引起化工管道振動的因素很多，主要有兩大類：一類是管道內(nèi)由于兩相流及液擊產(chǎn)生振動，另一類是動設(shè)備對于管道產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動。為了避免管道振動，通常需要分情況去處理。下面著重討論化工管道的振動及對策并提出解決途徑。

2　兩相流管線振動及對策

對于管道內(nèi)由于兩相流及液擊產(chǎn)生的振動，管道內(nèi)由于其兩相流體性質(zhì)，與氣液單相流動相比，氣液兩相流中存在更復(fù)雜的流動過程，也更容易因管道內(nèi)的湍流而引起管系的振動和噪音［1-5］。

對于兩相流管線，由于管道內(nèi)流體壓力的波動，在運(yùn)行過程中極易產(chǎn)生振動，因此在配管設(shè)計(jì)中要引起足夠重視。在兩相流管線配管設(shè)計(jì)過程中，為了避面管線產(chǎn)生振動，應(yīng)該做到以下幾點(diǎn)：一、對于存在兩相流動的管道，應(yīng)當(dāng)先垂直走向，然后水平布置，管線應(yīng)當(dāng)短而直；二、對于存在兩相流動的管線，調(diào)節(jié)閥安裝的位置應(yīng)當(dāng)接近接收介質(zhì)的容器，最好調(diào)節(jié)閥直接與接收介質(zhì)的容器相連接；調(diào)節(jié)閥后出現(xiàn)的第一個轉(zhuǎn)向彎頭應(yīng)當(dāng)采用三通來連接，并且在三通直連的一端應(yīng)加設(shè)堵頭；同時要盡量減少彎頭的數(shù)量，如果必須采用彎頭，應(yīng)采用4倍D的大直徑彎頭，從而減少管內(nèi)流體對管件的沖擊和磨損。如果出現(xiàn)水平管段急劇變向的情況，應(yīng)當(dāng)使用45°彎頭代替90°彎頭，同時需要縮短兩相流管道支架之間的距離，來增加其對管道的約束，管道上的管托應(yīng)符合HG/T 21629—1999 J13振動管道用管托的標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)之上，還需要對兩相流管線進(jìn)行應(yīng)力核算［6-9］。對于水擊產(chǎn)生振動的管線，首先在工藝設(shè)計(jì)上要盡量避免，同時在管道布置方面，需要合理設(shè)置管道支架，加強(qiáng)對管道支架的工程處理，以避免因水擊而產(chǎn)生管線振動。

3　動設(shè)備對于管道產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動及對策

對于動設(shè)備聯(lián)接管道產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動，主要根源有以下幾個方面：第一，由于動設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)，導(dǎo)致動設(shè)備動平衡比較差產(chǎn)生振動；第二，由于氣柱共振形成氣流脈動產(chǎn)生的振動；第三，由于彎頭、異徑管、孔板、閥門等附近產(chǎn)生了激振力導(dǎo)致流速、阻力、流向變化造成的振動；第四，由于激振力頻率等于或接近管線固有頻率而出現(xiàn)共振產(chǎn)生的振動。根據(jù)振動產(chǎn)生的不同根源，可以分情況處理。對于第一種情況，可以通過改進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)使得機(jī)器的動平衡趨于合適。對于第二種情況，一般可以通過加大動設(shè)備前的緩沖罐的體積，并在緩沖罐的出口加一塊孔板，來避免由于氣柱共振形成氣流脈動產(chǎn)生的振動。對于第三種情況，為了減少激振力，需要盡量減少彎頭、異徑管、孔板、閥門等管件。對于第四種情況，需要改變管道的固有頻率，使其遠(yuǎn)離激振力頻率。比如避開共振區(qū)域：通常固有頻率W1（角頻）應(yīng)避開0.8～1.2激振頻率W0（角頻）的區(qū)域，在工程中最后避開0.5～1.5激振頻率（角頻）的區(qū)域，這樣可以使振幅較小。見圖1。或者控制固有頻率W1（角頻）在激振頻率W0（角頻）的1.2 倍以上，設(shè)計(jì)時候最好控制在1.5倍以上。激振力頻率W0（角頻）可以用以下公式計(jì)算：W0=n/60 X 缸數(shù)X 單（雙）作用數(shù)（1/秒，n=轉(zhuǎn)/分（壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)）。也可以控制壓力脈動：p≤5kg/ cm2，壓力脈動值取2%～8%；p≤5～100kg/cm2，壓力脈動值取2%～6%；p≤100～200kg/cm2，壓力脈動值取2%～5%；p≤200～500kg/cm2，壓力脈動值取2%～4%，見表1。還可以通過調(diào)整立式設(shè)備支耳標(biāo)高及臥式設(shè)備固定端來增加管道的柔性，通過減小位移量來防止管線對設(shè)備管口的推力過大；此外，為了降低局部應(yīng)力，還可以進(jìn)行支管補(bǔ)強(qiáng)。

圖1　共振區(qū)域圖

表1　壓力與壓力脈動值

4　結(jié)論

對化工裝置中管線產(chǎn)生的振動原因進(jìn)行分析，并針對產(chǎn)生振動的不同情況，通過合理的配管設(shè)計(jì)以避免管線產(chǎn)生振動的對策進(jìn)行討論，提出合理的解決方案，以供同行參考。

［1］ 劉清玉.兩相流管線震動分析［J］.石油化工設(shè)計(jì)，2001，18（1）：25-27.

［2］ 汪蓓，劉婭.基于不同兩相流管線的設(shè)計(jì)思路探討［J］.化肥工業(yè)，2012，50（4）：27-28.

［3］ 劉欣佟.兩相流工藝管線震動分析與減震控制［J］.價值工程，2011，（4）：38.

［4］ 袁助，付晶.低溫甲醇洗氣液兩相流管線工程設(shè)計(jì)［J］.化工設(shè)計(jì)，2012，22（1）：3-5.

［5］ 劉衛(wèi)坤.煤制合成氣氣液兩相流管道布置探討［J］.化工設(shè)計(jì)通訊，2006，32（3）：42-43.

［6］ 張德姜，趙勇.石油化工工藝管道設(shè)計(jì)與安裝［M］.北京：中國石化出版社，2001.

［7］ 化學(xué)工業(yè)部化工工藝配管設(shè)計(jì)技術(shù)中心站.化工管路手冊（下）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1988.

［8］ 蔡爾輔.石油化工管道設(shè)計(jì)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

Analysis and Countermeasures of Vibration of Chemical Pipelines

Wu Ying，Liu San-jun，Zhou Yao-qing，Zhu Sheng-dong

The reasons of chemical pipelines vibration were briefly analyzed.Moreover，how to avoid their vibration was discussed during the pipeline design.

chemical pipelines；vibration；analysis；countermeasures

TH45

A

1003-6490（2016）06-0102-02

2016-06-03

吳迎（1973—），女，湖北武漢人，高級工程師，主要從事高壓設(shè)備和管線的設(shè)計(jì)工作。