祁海波

摘 要：為滿足管道減振要求，將管道振動值控制在安全許用范圍內，江蘇中圣高科技產(chǎn)業(yè)有限公司在大型石化企業(yè)、高等院校、設計科研院所的支持下，組織專門技術力量；總結國內外防振管系設計經(jīng)驗，根據(jù)壓力管道的運行特點，吸收國內外新工藝、新技術，并在此基礎上進行優(yōu)化設計，成功研發(fā)出應用于往復式壓縮機進出口管系的彈性減振管托。

關鍵詞：管道振動 減振 管托 彈性元件 振幅

中圖分類號：TH13 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（c）-0104-02

石油化工裝置中，管道振動現(xiàn)象普遍存在，管系的振動會引起管道、管架乃至其所連接設備的疲勞和損壞。特別是高參數(shù)、大容量往復式壓縮機進出口管道的振動，直接影響系統(tǒng)的安全運行，使壓縮機無法正常工作，并對上下游設備及其接口造成撕裂性破壞。此外，管系振動還會造成管件疲勞破壞，發(fā)生泄漏，甚至引起火災爆炸等重大事故。因此，在往復式壓縮機進出口管道設計中，防振設計尤為重要。

長期以來，國內防振管托主要結構為型鋼、木塊組成的固定式管托和以減振彈簧為主體的彈性減振器。前者利用木塊微量緩振作用減振消振，但其結構受溫度使用條件和熱態(tài)位移解決受限缺陷具有局限性。后者利用彈簧的剛度對彈簧預壓縮，減少管系的瞬時沖擊力，但使用不當會減弱系統(tǒng)剛性反而會增加振動。市場需要一種新型減振支架來解決上述問題。

1 管道振動的原因

1.1 氣流脈動

由于往復式壓縮機介質吸入、排出呈周期性，引起進出口管道氣流脈動，使管道內流體參數(shù)（壓力、速度、密度等）隨位置及時間產(chǎn)生周期性變化。脈動流體遇到彎頭、異徑管、分支管、盲板及閥門等元件時，將產(chǎn)生隨時間變化的激振力，使壓縮機進出口管道產(chǎn)生振動[1]。

1.2 共振

在工程上通常把（0.8～1.2）f的頻率范圍作為共振區(qū)。壓縮機活塞的往復運動頻率為激發(fā)頻率，管道內氣柱本身具有固有頻率，管道、組件及管架也具有管系機械固有頻率，當氣柱固有頻率落在激發(fā)頻率共振區(qū)時，發(fā)生氣柱共振。

1.3 機組振動

機組本身的動平衡性能差、安裝不對中、基礎及支承設計不當均會引起機組振動，帶動與其連接管道的振動。

2 管道振動的解決

2.1 管道應力分析

為解決往復式壓縮機管系氣流脈動與管道振動問題，除按工藝操作條件進行熱應力分析外，還應對管道進行動態(tài)分析。振動計算內容包括氣柱固有頻率、壓力脈動不均勻、頻譜分析、振型分析、疲勞分析[2]。根據(jù)兩部分結果采取相應減振措施，如增加壓縮機進出口緩沖罐、增設節(jié)流孔板、設減振管托等。

2.2 彈性減振管托設計

彈性減振管托作用是減小管道振動，往復式壓縮機本體振動在允許的情況下，合理設置彈性減振管托保證管系不發(fā)生共振，利用其結構特點控制管道振動。

2.2.1 滿足熱應力分析要求

管道運行時會存在熱位移和熱應力，利用CASEⅡ進行計算，得出管道各支吊點處的位移值。彈性減振管托應滿足各點熱位移要求，允許管道各支吊點有必要的位移，以控制熱應力在安全范圍內。

2.2.2 滿足動力分析要求

管系動力分析可得出管系各支吊點處振動頻率、振幅及循環(huán)疲勞應力。彈性減振管托作用是通過合理的布置避免共振；并通過預加預緊力使管道支吊點對管道產(chǎn)生一定約束，使管道振幅在允許安全范圍內。

2.2.3 預緊力控制

彈性減振管托可通過預加摩擦力阻止管道在相應方向上的位移，因此彈性減振管托需對管道有足夠的預緊力。預緊力A可通過以下公式進行計算：

A≥F/（μ·x） （1）

2.3 彈性減振管托的結構

圖1為彈性減振管擴A，圖2為彈性減振管擴B。此類型彈性減振管托采用合理剛性連接，特殊彈性元件減振和摩擦副消力結構，使管系整體減振、防振處于動態(tài)平衡可調狀態(tài)，不僅可以保持管系剛性，又能消除管系三維方向產(chǎn)生的振動應力和熱應力。

3 工程實例

3.1 中天合創(chuàng)高壓聚乙烯項目

中天合創(chuàng)高壓聚乙烯于2016年投建，乙烯氣二次機出口管道最高操作壓力達340MPa，對管道振動要求十分嚴格。其裝置在進出口管道支架均采用江蘇中圣管道工程技術有限公司的彈性減振管托，2017年完成安裝并投入運行，并通過項目組驗收。該批產(chǎn)品設計合理，性能可靠，滿足設計要求且達到同類進口產(chǎn)品的水平。現(xiàn)場測試管道振幅值均小于200μm，管系應力狀況和振動應力狀況得到很好控制。

3.2 河北新啟元往復式壓縮機進出口管道減振改造

河北新啟元30萬t/a蔥油加氫裝置2臺往復式壓縮機，進出口管道振動嚴重，且原焊接管托出現(xiàn)振動松脫現(xiàn)象；經(jīng)測試進出口管道最大振幅達1.24mm，已影響管道附件及設備安全運行[3]。江蘇中圣管道工程技術有限公司于2017年對該管道進行振動改造，對原支架進行調整并對管道進行應力分析，將原管托替換為彈性減振管托。改造完畢投運來，減振效果明顯，振幅小于150μm。

4 結語

目前，彈性減振管托已應用于燕山石化、大慶石化、揚子石化、蘭州石化、茂名石化、江蘇斯爾邦等石化單位，并取得了良好減振效果。管道振動現(xiàn)象在石化裝置中普遍存在，有相當部分裝置的管道需改造。隨著各石化單位對管道振動的重視，彈性減振管托的應用將日益廣泛，市場前景廣闊。

參考文獻

[1] 徐建，胡明祎.工業(yè)工程振動控制概念設計方法[J].地震工程與工程振動，2015，35（5）：8-14.

[2] 李劍.壓力管道應力分析的內容及特點[J].化工管理，2018（14）：93.

[3] 許光強.淺析石油化工企業(yè)往復式壓縮機運行可靠性分析[J].化工管理，2015（24）：145.