化工管道振动分析及对策

2016-10-12刘三军周耀青朱圣东

化工设计通讯 2016年6期

关键词：配管脉动化工

吴　迎，刘三军，周耀青，朱圣东

化工管道振动分析及对策

吴迎1，刘三军1，周耀青1，朱圣东2

（1.中国五环工程有限公司，湖北武汉 430223；
2.武汉工程大学化工与制药学院，湖北武汉 430073）

对化工装置中管线产生振动的原因进行分析，针对振动的不同情况，提出了通过合理的配管设计以避免管线振动的对策。

化工管道；振动；分析；对策

1　引言

引起化工管道振动的因素很多，主要有两大类：一类是管道内由于两相流及液击产生振动，另一类是动设备对于管道产生的强迫振动。为了避免管道振动，通常需要分情况去处理。下面着重讨论化工管道的振动及对策并提出解决途径。

2　两相流管线振动及对策

对于管道内由于两相流及液击产生的振动，管道内由于其两相流体性质，与气液单相流动相比，气液两相流中存在更复杂的流动过程，也更容易因管道内的湍流而引起管系的振动和噪音［1-5］。

对于两相流管线，由于管道内流体压力的波动，在运行过程中极易产生振动，因此在配管设计中要引起足够重视。在两相流管线配管设计过程中，为了避面管线产生振动，应该做到以下几点：一、对于存在两相流动的管道，应当先垂直走向，然后水平布置，管线应当短而直；二、对于存在两相流动的管线，调节阀安装的位置应当接近接收介质的容器，最好调节阀直接与接收介质的容器相连接；调节阀后出现的第一个转向弯头应当采用三通来连接，并且在三通直连的一端应加设堵头；同时要尽量减少弯头的数量，如果必须采用弯头，应采用4倍D的大直径弯头，从而减少管内流体对管件的冲击和磨损。如果出现水平管段急剧变向的情况，应当使用45°弯头代替90°弯头，同时需要缩短两相流管道支架之间的距离，来增加其对管道的约束，管道上的管托应符合HG/T 21629—1999 J13振动管道用管托的标准，在此基础之上，还需要对两相流管线进行应力核算［6-9］。对于水击产生振动的管线，首先在工艺设计上要尽量避免，同时在管道布置方面，需要合理设置管道支架，加强对管道支架的工程处理，以避免因水击而产生管线振动。

3　动设备对于管道产生的强迫振动及对策

对于动设备联接管道产生的强迫振动，主要根源有以下几个方面：第一，由于动设备的基础设计不当，导致动设备动平衡比较差产生振动；第二，由于气柱共振形成气流脉动产生的振动；第三，由于弯头、异径管、孔板、阀门等附近产生了激振力导致流速、阻力、流向变化造成的振动；第四，由于激振力频率等于或接近管线固有频率而出现共振产生的振动。根据振动产生的不同根源，可以分情况处理。对于第一种情况，可以通过改进基础设计使得机器的动平衡趋于合适。对于第二种情况，一般可以通过加大动设备前的缓冲罐的体积，并在缓冲罐的出口加一块孔板，来避免由于气柱共振形成气流脉动产生的振动。对于第三种情况，为了减少激振力，需要尽量减少弯头、异径管、孔板、阀门等管件。对于第四种情况，需要改变管道的固有频率，使其远离激振力频率。比如避开共振区域：通常固有频率W1（角频）应避开0.8～1.2激振频率W0（角频）的区域，在工程中最后避开0.5～1.5激振频率（角频）的区域，这样可以使振幅较小。见图1。或者控制固有频率W1（角频）在激振频率W0（角频）的1.2 倍以上，设计时候最好控制在1.5倍以上。激振力频率W0（角频）可以用以下公式计算：W0=n/60 X 缸数X 单（双）作用数（1/秒，n=转/分（压缩机转数）。也可以控制压力脉动：p≤5kg/ cm2，压力脉动值取2%～8%；p≤5～100kg/cm2，压力脉动值取2%～6%；p≤100～200kg/cm2，压力脉动值取2%～5%；p≤200～500kg/cm2，压力脉动值取2%～4%，见表1。还可以通过调整立式设备支耳标高及卧式设备固定端来增加管道的柔性，通过减小位移量来防止管线对设备管口的推力过大；此外，为了降低局部应力，还可以进行支管补强。