管道振動原因分析和治理

馮秀朝

【摘 要】河北滄州大化聚海分公司光化車間光氣化循環泵出口管線振動強烈，管線有晃動現象。論文針對管線的振動進行原因分析，并據此進行改造治理，在保證系統安全可靠的前提下，管線的振動已控制在可接受的范圍內，解決了光氣化循環泵出口管線的振動問題。

【Abstract】The outlet pipeline of photogasification circulating pump in photochemical workshop of the Juhai Branch of Cangzhou Dahua Group Company Limited has strong vibration and the pipeline has sloshing phenomenon. The paper analyzes the causes of the vibration of the pipeline and carries out the transformation and management according to this. Under the premise of ensuring the safety and reliability of the system， the vibration of the pipeline has been controlled within an acceptable range， and the vibration problem of the outlet pipeline of the phosgenation circulation pump is solved.

【關鍵詞】管道振動；振動分析；預防措施；消除

【Keywords】pipeline vibration； vibration analysis； preventive measures； elimination

【中圖分類號】TQ05 【文獻標志碼】B 【文章編號】1673-1069（2019）02-0127-02

1 管道振動的危害

在化工生產中，有物料流動的管道都存在振動現象。振動是不可避免的，如果振動的振幅超過了標準范圍，將會造成很多方面的危害。主要有造成管道上的閥門、管件的松動損壞，甚至引發連接的設備振動和損壞、管道的開裂等危害，造成有毒有害物料的泄漏，直接影響管道的安全運行和操作人員的人身安全。

2 管道振動的原因分析

2.1 施工安裝

管道和動設備連接，動設備的振動造成管道的振動。如泵及泵的出口管線的振動。在安裝施工過程中，如果泵的出入口管線和泵的出入口法蘭不對中或對中不好，就有可能造成管線在外力作用及其他因素的影響下，使管線產生形變，引起振動，造成振動超標。通常來看，管道銜接的彎頭、閥門及相關的異徑管，會帶來偏大的振動，引起體系以內管道的振動。體系構架下的激蕩力，會增添原有的壓力脈動。伴隨著頻率的遞增，管道振動原有的振幅也會隨之遞增，這樣一來，就引起了管道振動的加劇。

2.2 管道內物料流動頻次和系統固有頻次相同，造成共振

管道中的物料流動帶有預設的固有頻率，如果管道內的物料被動設備（泵）激發出來的頻率等同管道的固有頻次，就會發生共振，會造成管道本身帶有劇烈震蕩的總傾向。因此，在管道設計時，要讓管道原初的頻率與機械原初的振動頻率保持特有的差距。動設備設定好的振動頻率是不能改變的，因此，通常通過更替管道固有的布設狀態，或調整管道的支架或吊架，來調和設定好的頻率，以達到期待的減振效果。

2.3 汽蝕造成的管道振動

當物料流經閥門、異徑管、限流孔板等節流裝置時，由于流速會因流通面積的減小，物料在節流裝置處流速會增大，造成部分靜壓力轉變為動壓力，從而在節流裝置兩側產生很大的壓力降。由于節流裝置后流束的緊縮，斷面流體高速流動可引起局部壓力低于物料對應的相應的飽和壓力，尤其對于一些易揮發的物料，這種現象更加明顯。此時物料中的易揮發物質將會汽化產生氣泡，這些氣泡在節流裝置的下游會因為壓力的恢復造成破裂，形成高速微小的液體射流，局部形成高于周圍壓力數千倍的沖擊。由于氣泡中的物質不能在瞬間溶解到流體物料中或瞬間凝結，在沖擊作用下又形成小氣泡，并再次被高壓流體壓縮、凝結，如此反復，這種現象就是汽蝕。在節流裝置后的管道上，汽蝕現象會使物料在微小的面積上形成很高的沖擊壓力，造成管道沖刷的嚴重損壞，嚴重時可能造成管道的振動，甚至造成管道的損壞[1]。

3 光氣化泵出口管線的減振措施實施

3.1 檢查施工安裝問題

對于光氣化泵出口管線的振動問題，復查了管線和光氣化循環泵的安裝設備臺賬，經確認安裝無問題。

3.2 懷疑是共振問題造成管道振動

光氣化循環泵出口管線7.5m平面西側豎管處，出現豎直方向晃動情況，如下圖所示（幅度最大為4mm，頻率約為1秒鐘1～2次）。

由于現在TDI裝置為連續生產的裝置，根據共振原因的分析，從經濟和成本的角度考慮，不可能改變現有管道的布設狀態，重新設置管道。同樣也不可能通過減少管線彎頭的數目或減小管道的長度到達減振的目的。或者改變原有的設計去改變管道的材質來改變管道的剛度達到消除振動的要求。綜上所述，只有通過在振動較明顯的區段，添加合規的支撐或吊架，從而增強原有管道的穩定性。因此我們進行了如下改造：

第一，在泵出口管線振動較明顯的管道處增加S5052彈簧支架，先將S5052彈簧支架向下方向力限制：將“1”鋼管焊接在彈簧支架基座上，彈簧伸長時支架基座與壓板下方高度尺寸減1.5mm為鋼管長度（如圖2 所示）。

第二，將S5052彈簧支架水平方向力限制：用長400mm，寬240mm，厚5mm鋼板壓制出與支架托板圓盤弧度相同的護板焊接在支架基座底部，焊接后使護板與支架托板的間隙為1.5mm（如圖2所示）。在管道兩側支架外側同時進行焊接。

經過上述改造，管道的振動有所減小，但振動仍比較明顯，因此，可以推測共振可能只是管道振動的一個原因，但并不是根本原因，還未解決管道振動的根本問題。

3.3 懷疑汽蝕造成的管道振動

觀察此管線的物料流經閥門、異徑管、限流孔板等節流裝置，從簡單易行的角度考慮，改變泵出口的異徑管不現實，因為這會將光氣化循環泵的出口直徑改變，涉及設備的設計問題。為了消除節流裝置對管道振動的影響，將光氣化循環泵出口的蝶閥由原來的26%開度逐漸開大至60%，發現管道的振動幅度明顯減小，且電流在泵的額定電流范圍內（同樣測量光氣化循環泵出口管線7.5m平面西側豎管處，豎直方向晃動情況，幅度最大為1.5mm，頻率約為2秒鐘1次，和未進行調整前振動幅度和頻率相比明顯減小）。因此，推測節流裝置的汽蝕是造成光氣化循環泵出口管線振動的主要原因。

4 結語

要消除管道的振動現象，應針對引起管道的振動原因進行具體分析，并根據原因制定簡單易行的治理措施。當然，改變管道的走向、縮減管道彎頭的數量，減少管道的長度，改變管道的材質、安設規模偏大的支持或吊架、增加帶有限流特性的孔板、消除汽蝕等都是消除管道振動的方法。但在實際生產中，應從經濟角度考慮，怎樣簡單易行，易于維修，針對管道振動的原因進行有針對性的實施治理。光氣化循環泵出口管線振動的消除，為類似管道振動的故障分析治理提供了參考。

【參考文獻】

【1】崔巍升， 宮建國， 金濤. 化工廠管道振動原因分析及控制[J]. 流體機械， 2011， 39（10）：34-38.