蒸汽管道系統振動及減振措施研究

趙 恒，肖婷方

（中國石油天然氣遼陽石化分公司芳烴廠，遼寧遼陽 111003）

0 引言

在管道設計與施工過程中經常需要面對蒸汽管道系統振動問題，該問題的存在會影響設備的正常使用，如果不加以阻止，甚至會演變成嚴重的安全事故。因此，在現代蒸汽管道設計過程中，需要特別考慮蒸汽管道系統穩定性問題。采取力學分析模型進行失效分析，綜合考慮蒸汽管道系統振動的發生狀況與影響因素，并采取有針對性的措施，才能確保蒸汽管道系統振動問題得以合理解決。

1 蒸汽管道系統振動的危害與生產控制現狀

1.1 蒸汽管道系統振動的危害

蒸汽管道系統振動問題一旦出現，如果不快速解決，往往會導致嚴重的問題，主要危害體現在以下兩個方面：一是導致管道系統破壞。機械振動長期存在會導致管道的疲勞加劇，進而引發疲勞類型的破壞，如果振動不予以解決，會逐漸增加振幅，導致測量儀表損壞，甚至會導致測量設備失效等。一些管道在使用過程中可能會受到強烈的振動而出現位置上的變動，出現管路附近連接位置的松動與破裂，輕則出現泄漏問題，嚴重時會出現安全風險；二是導致經濟效益下降。在蒸汽管道系統振動出現后不及時進行修復，會導致生產效率下降，甚至會導致停機維護，此時需要投入更多的資金來解決相關問題，降低了投入回報率，同時也不利于行業的穩定快速發展。

2 控制現狀

蒸汽管道系統振動控制主要采取設備故障處理以及工藝調整等方式，目前應用比較廣泛的控制策略有：①借助于氣流脈動的調整來降低擾亂影響，盡可能降低振動的影響。一般來說，在系統適當的位置配置相應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行容器配置，滿足整流設備的配置要求后，可以消減脈動的控制影響，在管道部分采取連接件連接的方式則可以降低數據傳感器帶來的影響；②降低彎頭的角度，采取管線平直設計的方式予以解決，這種模式的具體特征是借助于降低氣流的擾動來提升整體控制穩定性；③借助管線固有頻率的操控來達到預期的控制效果，具體來說就是調整管路的走向，對結構尺寸等進行調整，再通過固有頻率的氣流脈動頻率調整達到概率共振控制的效果，提升整體的發生率控制目標；④采用阻尼材料對管系進行加固，達到提升系統剛度的目的，解決振動被動控制的問題。圖1 為振動專用測試輔助工具，可以使用該工具確定蒸汽管道系統振動的嚴重程度，為確定控制策略提供信息依據。

圖1 振動測試系統

3 蒸汽管道系統振動原理

蒸汽管道系統振動的發生往往與機械振動、內部流體等因素有關。

3.1 機械振動引發蒸汽管道系統振動

機械振動是出現蒸汽管道系統振動的重要原因。在設備的內部，管道往往作為連接各種重要設備的工具，特別是在生產過程中，振動往往直接由機械結構的振動引起，在設備運行的整個過程中，不但會出現管道系統連接動力機械設備的振動，還會受到空氣壓縮設備等其他類型系統的影響，包括動力平衡不足、基礎設計不當等都是引起振動的原因。大量的振動會經過管道系統的管壁進入到系統中，進而引起整個系統的振動。在蒸汽管道系統振動發生時，往往還會伴有其他類型的特征，包括機械油泵系統的變化以及機械設備運轉的特征等，實際上，往復重復的動作往往會引發固有頻率的振動，進而引發連接點傳導，導致系統振動的發生。

3.2 內部流體壓力引發蒸汽管道系統振動

內部流體也是引發蒸汽管道系統振動的重要原因之一。根據相關振動原理，蒸汽管道系統內部會經過大量的液體，這些液體本身具有一定的壓力，在壓力的影響下會出現運行過程中燃油供給不足的情況，持續的壓力變化會給管道系統帶來影響。例如柴油機處于高壓油泵工作狀態下，如果出現供油線路的油壓下降，往往會由于內部壓力瞬間降低而出現異常，此時燃油總管會受到瞬時高壓影響，供油管道的內部會出現管壁周期性彈性振動，這也是蒸汽管道系統振動出現的重要原因之一，需要特別予以關注。

4 蒸汽管道系統振動及減振措施

蒸汽管道系統振動原因分析可以幫助我們更好地解決蒸汽管道系統振動問題，采取必要的減振措施，不但可以協調設備提升運行效率，同樣也可以降低危險發生率。

4.1 振源控制

振源控制是蒸汽管道系統振動控制的重要途徑，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，處于管道結構內部加裝的減振裝置，可以顯著降低機械振動帶來的負面影響，在安裝過程中可以針對設備的動力機械結構起到良好的隔振效果。在進行元器件的選擇和設計時，需要兼顧實際使用的環境與要求，盡可能滿足機械設備激勵頻率以及加裝設備的實際隔振要求。在隔振原件安裝過程中需要進行高質量控制，包括機械設備以及管道系統的振動影響等，通過合理降低振動帶來的不良影響，可以進一步改善管道振動的影響比例，進而達到有效降低整體振動幅度的效果。另外一個較為有效的振源控制方法是防振支撐技術，該技術主要依賴于現代防振處理技術的進步，特別是專用蒸汽管道系統振動控制設備的發展。現階段大多數的機械設備在應用蒸汽管道系統時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控制系統來達到預期的防振支撐要求，滿足支撐需要。例如在柴油機的橫向支撐方面則可以采取直接連接的模式來實施橫向的強化，柴油機采取橫向振動能量強化，不但能夠解決隔振系統的控制問題，也可以解決船體吸收的問題，實現管道系統的平衡傳遞。大多數情況下，采取增設防支撐的方式能夠減輕振動幅度50%以上。

4.2 系統振動傳遞控制

機械設備運行過程中會對系統的傳導產生影響，在整個運行過程中會對管道流體壓力產生影響，此時流體的脈動效應會導致管道的振動加劇。因此，針對管道內的流體壓力產生的影響，減振不能夠僅僅采取振源控制，畢竟振源會持續變化，針對管道系統的諧振特征采取措施，可以通過管道阻抗調整的方式來滿足振動傳遞控制要求。在機械設備運行控制方面，區域管道長度、橫截面積、管道元器件、系統諧振水平等都是影響振動傳遞的因素，選擇合適的位置進行調整，可以確保系統的穩定性，將振動控制在最低。

實施管道改造，具有一定的標準與技巧，采取軟管連接設備的方式可以很好地解決機械設備的穩定性問題，同時也有助于軟管自身的內部振動傳遞，包括軟管的延展性以及吸收脈沖能量的性能，降低振動的頻率，這些內容并不是連接位置能夠決定的，往往需要對多個位置進行連接后才能夠起到相應的效果。除此之外，控制系統振動還可以通過加裝消振裝置來實現，包括消除振源壓力脈沖的方法。一般來說，在實際的減振處理中，要想真正意義上完全消除掉壓力脈動是不現實的，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。在實際減振體系中，要想解決技術改造的問題，應該根據具體改造的操作性來進行強化，滿足強化改造的要求，可以借助濾波元件、內部脈動能量吸收與衰減控制等方式，最終達到理想的蒸汽管道系統振動控制效果。

5 總結

綜上所述，隨著時代的進步與發展，各種科技與技術得以廣泛應用，蒸汽管道系統振動問題的解決也向著多樣化的方向發展。從客觀上分析，蒸汽管道系統振動會影響設備的正常使用，解決該問題不但有助于延長設備的整體壽命，對于形成良好的管理習慣，推動行業的穩定高速發展也具有一定的借鑒價值。在實際實施蒸汽管道系統振動控制過程中，應重點做好振源控制工作，從源頭降低振動帶來的負面影響，同時采取振動傳遞控制模式，逐步過渡到先進控制的階段，提升設計水平，保證管道設備安全可靠運行。