王海蘭，王雁玉，姚燕平

（國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道有限責(zé)任公司南寧輸油氣分公司，廣西南寧 530022）

0 引言

管道振動(dòng)問(wèn)題是石油、化工行業(yè)長(zhǎng)期存在的一種常見(jiàn)現(xiàn)象，在泵機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)和流動(dòng)介質(zhì)中，機(jī)械振動(dòng)不可避免。長(zhǎng)期的管道振動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響管道上的閥門、管件的松動(dòng)損壞，甚至引發(fā)連接的設(shè)備振動(dòng)和損壞[1-3]。直接影響管道及其設(shè)備的安全運(yùn)行和操作人員的人身安全。

管道振動(dòng)直接反映了與其連接設(shè)備的性能及運(yùn)行情況，研究表明，引發(fā)管道振動(dòng)的因素是多方面的，究其原因在于機(jī)組的操作、安裝、設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行等方面。以某成品油站場(chǎng)柱塞式計(jì)量泵出口管道振動(dòng)大為例，分析管道振動(dòng)過(guò)大的原因，并據(jù)此提出改進(jìn)措施。

1 事件概述

某成品油站場(chǎng)主要輸送0#柴油和92#汽油，站場(chǎng)摻混系統(tǒng)配套兩臺(tái)國(guó)產(chǎn)柱塞式計(jì)量泵，此站場(chǎng)產(chǎn)生的混油只能實(shí)現(xiàn)在線回?fù)剑瑑膳_(tái)計(jì)量泵采用一用一備的運(yùn)行模式，切換方式為手動(dòng)。計(jì)量泵及配套進(jìn)出口管道基本信息見(jiàn)表1。

表1 2 臺(tái)計(jì)量泵及配套管路基本信息

2020 年7 月，在進(jìn)行混油切割時(shí)，站場(chǎng)人員發(fā)現(xiàn)計(jì)量泵出口管道振動(dòng)較大，呈上下振動(dòng)。為調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)情況，站場(chǎng)人員先后采取調(diào)整摻混比例、摻混量、切換至另外一臺(tái)計(jì)量泵、同時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)計(jì)量泵進(jìn)行摻混作業(yè)等多種措施，仍出現(xiàn)泵出口管道振動(dòng)過(guò)大現(xiàn)象。現(xiàn)場(chǎng)單臺(tái)摻混泵排量2000 L/h，但運(yùn)行過(guò)程中，因振動(dòng)原因，實(shí)際摻混流量單臺(tái)泵最大只能達(dá)到1000 L/h。原有現(xiàn)場(chǎng)摻混工藝流程如圖1所示。

圖1 原有摻混工藝流程

2 原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及測(cè)試，將計(jì)量泵進(jìn)出口管線拆除，單獨(dú)啟泵，技術(shù)人員使用VC63 便攜式數(shù)字測(cè)振儀對(duì)兩臺(tái)計(jì)量泵本體振動(dòng)值進(jìn)行測(cè)量，振動(dòng)速度在0.7 mm/s 左右，振動(dòng)值較小。而連接管線后啟泵測(cè)試，泵出口管道呈上下振動(dòng)，振動(dòng)速度高達(dá)45 mm/s 左右，超過(guò)允許振動(dòng)速度15 mm/s。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，排除計(jì)量泵本體振動(dòng)大因素。分析造成計(jì)量泵出口管道振動(dòng)較大的原因主要有以下兩個(gè)方面：

2.1 泵出口管道管徑小

現(xiàn)場(chǎng)泵配套出口管道管徑為Φ27×3 mm，管徑較小。經(jīng)分析，泵出口管徑小時(shí)會(huì)導(dǎo)致泵排出沖程中出現(xiàn)過(guò)大的壓力損失。且同等流量下，管徑越小，管道端口接收到的速度激發(fā)就越大，流速就越大，而管道內(nèi)流體流速過(guò)快會(huì)產(chǎn)生湍流邊界層分離形成渦流，引起管道振動(dòng)[4]。

2.2 系統(tǒng)沖擊

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)，計(jì)量泵出口直接連接單向閥，管線上未設(shè)置脈動(dòng)緩沖器和背壓閥，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行摻混作業(yè)時(shí)，流量脈動(dòng)無(wú)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行緩沖，導(dǎo)致介質(zhì)流量脈動(dòng)較大，對(duì)出口管道系統(tǒng)造成大的沖擊，使泵出口管道產(chǎn)生較大振動(dòng)。

3 改進(jìn)措施

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的情況，提出并實(shí)施以下改進(jìn)措施：

（1）增大泵配套出口管道管徑。在管道管材和走管方式不變的情況下，適當(dāng)增大泵出口管道管徑，從而使管道的橫截面積加大，管路的橫截面面積增大可以減小管路的應(yīng)力[5]，從而減小管道的壓力脈動(dòng)，使之不產(chǎn)生諧振。根據(jù)輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范中，輸油管道管壁厚度計(jì)算及管道附件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算：

式中 δ——直管段鋼管計(jì)算壁厚，mm

P——設(shè)計(jì)內(nèi)壓力，MPa

D——鋼管外直徑，mm

[σ]——鋼管許用應(yīng)力，MPa

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際計(jì)算后，將出口管道管徑增大為Φ60×3.5 mm。新采購(gòu)的管材應(yīng)注意內(nèi)表面應(yīng)光滑平整，無(wú)龜裂、分層、針孔、雜質(zhì)、貧膠區(qū)及氣泡，管端面應(yīng)平齊、無(wú)毛刺，管外表面無(wú)明顯缺陷。

（2）在泵出口設(shè)置脈動(dòng)阻尼器。從計(jì)量泵出來(lái)的脈動(dòng)流體先進(jìn)入脈動(dòng)阻尼器，阻尼器可起到穩(wěn)定管道流體壓力和流量的作用，對(duì)流量脈動(dòng)造成的系統(tǒng)沖擊進(jìn)行削減，以減緩管路振動(dòng)，降低噪聲，提高管路的安全性[6]。

（3）在出口管道單向閥前設(shè)置背壓閥。在管道壓力不穩(wěn)定的情況下，背壓閥可以保持管道需要的壓力，使計(jì)量泵輸出正常的流量。同時(shí)背壓閥配合脈動(dòng)阻尼器使用，可以減小水錘對(duì)管道系統(tǒng)造成的危害，保護(hù)管道系統(tǒng)不受壓力波動(dòng)帶來(lái)的沖擊。

現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)完成后，對(duì)站場(chǎng)摻混工藝進(jìn)行啟動(dòng)測(cè)試，計(jì)量泵出口管道振動(dòng)較小，振動(dòng)速度為1.2 mm/s 左右。改進(jìn)后的現(xiàn)場(chǎng)工藝流程如圖2 所示。

圖2 改進(jìn)后摻混工藝流程

4 改進(jìn)注意事項(xiàng)

（1）改造施工前，要進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照管理規(guī)定和施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，同時(shí)施工前應(yīng)進(jìn)行施工安全措施交底、進(jìn)行安全教育，意外事項(xiàng)防范和安全撤離教育等。

（2）管道焊接前需進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，施工嚴(yán)格遵照焊接工藝評(píng)定參數(shù)執(zhí)行。管道焊接應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，在以下環(huán)境下，如果不采取有效的防護(hù)措施，不得進(jìn)行焊接：雨天或雪天；風(fēng)速超過(guò)8 m/s；大氣相對(duì)濕度超過(guò)80%。

（3）管道焊接后的焊縫進(jìn)行100%外觀檢查，外觀檢查合格后進(jìn)行100%超聲波檢測(cè)和100%射線檢測(cè)，超聲波檢查II 級(jí)合格，射線檢測(cè)II 級(jí)合格。

（4）管道焊口防腐與原管道防腐方式保持一致，一般采用環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+氟碳面漆進(jìn)行防腐。

改進(jìn)后的現(xiàn)場(chǎng)布置如圖3 所示。

圖3 改進(jìn)后現(xiàn)場(chǎng)布置

5 結(jié)束語(yǔ)

管道振動(dòng)是石油石化場(chǎng)站常見(jiàn)問(wèn)題，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行具體分析。對(duì)柱塞式計(jì)量泵出口管道振動(dòng)大工程案例進(jìn)行分析，確定泵出口管道管徑小、系統(tǒng)沖擊大是造成管道振動(dòng)過(guò)大的主要原因。通過(guò)改進(jìn)泵出口管道管徑、增加脈動(dòng)阻尼器和背壓閥等有效措施，提高了計(jì)量泵出口管道運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。