浅析石油化工装置管道防振设计

张傲雪

摘 要：在石油化工装置中，管系受到管道内部流体流动和外部环境因素等影响，会产生振动。管系若长期处于振动状态下，对装置的安全运行极为不利。本文着重分析了引起管道振动的原因，并根据不同原因下产生的振动，提出减振措施。并列举管道设计过程中防振的应用，对管道防振设计提出展望。

关键词：管系振动；气流脉动；防振设计

在石油、化工等工矿企业中，广泛使用管道输送流体，受到流体冲击流体输送机械产生随机振动。由于机械间歇性和周期性的吸排使管流的压力、速度、密度等参数既随位置变化，又随时间变化，管流的压力、速度、密度等参数随时间呈周期性变化的现象称“管流脉动”。管流脉动是引起管道及附属设备振动的主要原因。此外，管道受到地震、风力和意想不到的外力瞬时冲击等的作用，会发生复杂的振动。管线长期振动易产生疲劳破坏。随着我国石油化工行业的快速发展，人们对管道振动的问题日渐重视，并从设计、安装到维护全面考虑采取相应的措施预防或减小管道振动。

1 管道振动的危害性分析

石化行业生产装置中，管道纵横、管网密布。高温，高压管的脉动引起管道的振动造成许多危害性，强烈的管道振动会使管道结构、管路附件产生疲劳破坏，特别是管道的连接部位发生松动和破裂，引起泄漏或引起爆炸、燃烧，造成严重事故，或引起基础和绝热材料的龟裂，降低动力机械的效率，引起额外功率消耗，使工况变坏。

2 管道振动的原因

引起管道振动原因是管道的振动通常来源于两个振动系统：一个是管道结构系统，另一个是流体系统 。压力管道的激振力可分为来自系统自身和系统外两大类。系统自身的主要有与管道直接相連接的机械的振动和管道内部流体不稳定流动引起的振动；系统外的有风载、地震载荷等，其中前者是管道振动的主要诱因。

3 管道减振技术

现有的减振技术都是从以下几个方面考虑：改变管道的固有频率，通过增加系统的支承、调整支承位置或改变支承性质以达到消振的目的；消减气流振动，避开气柱共振；降低脉动压力强度；在压缩机管系上设缓冲器，缓冲器应靠近气缸进出口处，使脉动压力不均匀度降低；合理设计管道系统，通过改变约束条件来改变系统的固有频率；避免管道弯头急转弯，尤其在压缩机管系的运行中，应尽量减少弯头的使用，使管道走向平直以增强减振效果；增加减轻两相流振动的措施，加强支架刚度。

4 工程应用

4.1 往复压缩机

管道振动是在往复式压缩机运行中经常遇到的问题，引起压缩机进出口管道振动的原因比较复杂，管道设计时要注意以下问题：

①尽可能沿地面或降低管道高度敷设，有利于管道支撑，当发生振动时，便于进一步设置支架和采取防振措施。②压缩机进出口管道尽可能减少弯头数量，尽量采用长半径弯头或45°弯头，缩短管道长度，从而减小气柱激振力。③在满足设备管口和管道自身柔性要求的情况下，尽可能增大管系的刚度，可以通过增加管架数量，加大管架自身刚度等方法来实现。④活塞式压缩机的支架最好采用防振管卡或固定支架，不能采用简单的托架和吊架。管卡应采用扁钢，不宜采用圆钢，并且在管卡与管道之间应加聚四氟乙烯垫片。⑤管架基础应单独设置，避免机器自身的振动影响甚至增大管道的振动；避免管道支架基础与其他基础相连，防止管道与厂房产生共振。⑥振动管道的支架设置与普通管道支架有所不同，支架间距也不同，它比普通支架间距要小，通常取普通管道支架的1/2～4/7。

4.2 往复泵

石油化工装置中注水泵多采用往复泵。往复泵在运转过程中，由于吸入和排出的间断性以及活塞的变速运动，使管路中的液流压力和流量呈周期性变化，尤其当排出压力的变化频率与排出管路的固有振动频率相等或者成倍数时，会引起管道系统的共振；同时使泵的原动机负荷不均，出现容积效率降低、功率消耗增加、气阀工况变坏，直接缩短往复泵的使用寿命。因此，设计中应做到减少管路振动的发生：另外增设空气室是往复泵减振的常用办法。

4.3 气液两相流管线

对于气液两相流在管道设计过程中，尽量做到步步高或者步步低，防止液袋，避免产生管流脉动；管线应对称布置；当管道有变径时，应逐级变径，避免过大的变径；在阀门附近及转弯处应增加管道支撑，增大管系的刚度。

5 结语

管道振动是一个非常复杂的问题，要做好管道的减振必须综合考虑各种因素，处理好各类矛盾。加固或增设管系支撑点能显著提高系统的刚度，改变振动特征， 但强固支承并不能改变压力脉动引起的激振力，这就是为什么加固管道支承后， 振幅虽有所降低但经历一段时间后支承会振裂的原因。

总之，虽然目前已提出了一些解决管道振动的方法和措施， 但是管道的减振技术 还有待进一步研究和探索。

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