張傲雪

摘 要：在石油化工裝置中，管系受到管道內(nèi)部流體流動和外部環(huán)境因素等影響，會產(chǎn)生振動。管系若長期處于振動狀態(tài)下，對裝置的安全運(yùn)行極為不利。本文著重分析了引起管道振動的原因，并根據(jù)不同原因下產(chǎn)生的振動，提出減振措施。并列舉管道設(shè)計過程中防振的應(yīng)用，對管道防振設(shè)計提出展望。

關(guān)鍵詞：管系振動；氣流脈動；防振設(shè)計

在石油、化工等工礦企業(yè)中，廣泛使用管道輸送流體，受到流體沖擊流體輸送機(jī)械產(chǎn)生隨機(jī)振動。由于機(jī)械間歇性和周期性的吸排使管流的壓力、速度、密度等參數(shù)既隨位置變化，又隨時間變化，管流的壓力、速度、密度等參數(shù)隨時間呈周期性變化的現(xiàn)象稱“管流脈動”。管流脈動是引起管道及附屬設(shè)備振動的主要原因。此外，管道受到地震、風(fēng)力和意想不到的外力瞬時沖擊等的作用，會發(fā)生復(fù)雜的振動。管線長期振動易產(chǎn)生疲勞破壞。隨著我國石油化工行業(yè)的快速發(fā)展，人們對管道振動的問題日漸重視，并從設(shè)計、安裝到維護(hù)全面考慮采取相應(yīng)的措施預(yù)防或減小管道振動。

1 管道振動的危害性分析

石化行業(yè)生產(chǎn)裝置中，管道縱橫、管網(wǎng)密布。高溫，高壓管的脈動引起管道的振動造成許多危害性，強(qiáng)烈的管道振動會使管道結(jié)構(gòu)、管路附件產(chǎn)生疲勞破壞，特別是管道的連接部位發(fā)生松動和破裂，引起泄漏或引起爆炸、燃燒，造成嚴(yán)重事故，或引起基礎(chǔ)和絕熱材料的龜裂，降低動力機(jī)械的效率，引起額外功率消耗，使工況變壞。

2 管道振動的原因

引起管道振動原因是管道的振動通常來源于兩個振動系統(tǒng)：一個是管道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，另一個是流體系統(tǒng) 。壓力管道的激振力可分為來自系統(tǒng)自身和系統(tǒng)外兩大類。系統(tǒng)自身的主要有與管道直接相連接的機(jī)械的振動和管道內(nèi)部流體不穩(wěn)定流動引起的振動；系統(tǒng)外的有風(fēng)載、地震載荷等，其中前者是管道振動的主要誘因。

3 管道減振技術(shù)

現(xiàn)有的減振技術(shù)都是從以下幾個方面考慮：改變管道的固有頻率，通過增加系統(tǒng)的支承、調(diào)整支承位置或改變支承性質(zhì)以達(dá)到消振的目的；消減氣流振動，避開氣柱共振；降低脈動壓力強(qiáng)度；在壓縮機(jī)管系上設(shè)緩沖器，緩沖器應(yīng)靠近氣缸進(jìn)出口處，使脈動壓力不均勻度降低；合理設(shè)計管道系統(tǒng)，通過改變約束條件來改變系統(tǒng)的固有頻率；避免管道彎頭急轉(zhuǎn)彎，尤其在壓縮機(jī)管系的運(yùn)行中，應(yīng)盡量減少彎頭的使用，使管道走向平直以增強(qiáng)減振效果；增加減輕兩相流振動的措施，加強(qiáng)支架剛度。

4 工程應(yīng)用

4.1 往復(fù)壓縮機(jī)

管道振動是在往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行中經(jīng)常遇到的問題，引起壓縮機(jī)進(jìn)出口管道振動的原因比較復(fù)雜，管道設(shè)計時要注意以下問題：

①盡可能沿地面或降低管道高度敷設(shè)，有利于管道支撐，當(dāng)發(fā)生振動時，便于進(jìn)一步設(shè)置支架和采取防振措施。②壓縮機(jī)進(jìn)出口管道盡可能減少彎頭數(shù)量，盡量采用長半徑彎頭或45°彎頭，縮短管道長度，從而減小氣柱激振力。③在滿足設(shè)備管口和管道自身柔性要求的情況下，盡可能增大管系的剛度，可以通過增加管架數(shù)量，加大管架自身剛度等方法來實(shí)現(xiàn)。④活塞式壓縮機(jī)的支架最好采用防振管卡或固定支架，不能采用簡單的托架和吊架。管卡應(yīng)采用扁鋼，不宜采用圓鋼，并且在管卡與管道之間應(yīng)加聚四氟乙烯墊片。⑤管架基礎(chǔ)應(yīng)單獨(dú)設(shè)置，避免機(jī)器自身的振動影響甚至增大管道的振動；避免管道支架基礎(chǔ)與其他基礎(chǔ)相連，防止管道與廠房產(chǎn)生共振。⑥振動管道的支架設(shè)置與普通管道支架有所不同，支架間距也不同，它比普通支架間距要小，通常取普通管道支架的1/2～4/7。

4.2 往復(fù)泵

石油化工裝置中注水泵多采用往復(fù)泵。往復(fù)泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于吸入和排出的間斷性以及活塞的變速運(yùn)動，使管路中的液流壓力和流量呈周期性變化，尤其當(dāng)排出壓力的變化頻率與排出管路的固有振動頻率相等或者成倍數(shù)時，會引起管道系統(tǒng)的共振；同時使泵的原動機(jī)負(fù)荷不均，出現(xiàn)容積效率降低、功率消耗增加、氣閥工況變壞，直接縮短往復(fù)泵的使用壽命。因此，設(shè)計中應(yīng)做到減少管路振動的發(fā)生：另外增設(shè)空氣室是往復(fù)泵減振的常用辦法。

4.3 氣液兩相流管線

對于氣液兩相流在管道設(shè)計過程中，盡量做到步步高或者步步低，防止液袋，避免產(chǎn)生管流脈動；管線應(yīng)對稱布置；當(dāng)管道有變徑時，應(yīng)逐級變徑，避免過大的變徑；在閥門附近及轉(zhuǎn)彎處應(yīng)增加管道支撐，增大管系的剛度。

5 結(jié)語

管道振動是一個非常復(fù)雜的問題，要做好管道的減振必須綜合考慮各種因素，處理好各類矛盾。加固或增設(shè)管系支撐點(diǎn)能顯著提高系統(tǒng)的剛度，改變振動特征， 但強(qiáng)固支承并不能改變壓力脈動引起的激振力，這就是為什么加固管道支承后， 振幅雖有所降低但經(jīng)歷一段時間后支承會振裂的原因。

總之，雖然目前已提出了一些解決管道振動的方法和措施， 但是管道的減振技術(shù) 還有待進(jìn)一步研究和探索。

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