弹性减振管托的开发及应用

祁海波

摘 要：为满足管道减振要求，将管道振动值控制在安全许用范围内，江苏中圣高科技产业有限公司在大型石化企业、高等院校、设计科研院所的支持下，组织专门技术力量；总结国内外防振管系设计经验，根据压力管道的运行特点，吸收国内外新工艺、新技术，并在此基础上进行优化设计，成功研发出应用于往复式压缩机进出口管系的弹性减振管托。

关键词：管道振动 减振 管托 弹性元件 振幅

中图分类号：TH13 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）11（c）-0104-02

石油化工装置中，管道振动现象普遍存在，管系的振动会引起管道、管架乃至其所连接设备的疲劳和损坏。特别是高参数、大容量往复式压缩机进出口管道的振动，直接影响系统的安全运行，使压缩机无法正常工作，并对上下游设备及其接口造成撕裂性破坏。此外，管系振动还会造成管件疲劳破坏，发生泄漏，甚至引起火灾爆炸等重大事故。因此，在往复式压缩机进出口管道设计中，防振设计尤为重要。

长期以来，国内防振管托主要结构为型钢、木块组成的固定式管托和以减振弹簧为主体的弹性减振器。前者利用木块微量缓振作用减振消振，但其结构受温度使用条件和热态位移解决受限缺陷具有局限性。后者利用弹簧的刚度对弹簧预压缩，减少管系的瞬时冲击力，但使用不当会减弱系统刚性反而会增加振动。市场需要一种新型减振支架来解决上述问题。

1 管道振动的原因

1.1 气流脉动

由于往复式压缩机介质吸入、排出呈周期性，引起进出口管道气流脉动，使管道内流体参数（压力、速度、密度等）随位置及时间产生周期性变化。脉动流体遇到弯头、异径管、分支管、盲板及阀门等元件时，将产生随时间变化的激振力，使压缩机进出口管道产生振动[1]。

1.2 共振

在工程上通常把（0.8～1.2）f的频率范围作为共振区。压缩机活塞的往复运动频率为激发频率，管道内气柱本身具有固有频率，管道、组件及管架也具有管系机械固有频率，当气柱固有频率落在激发频率共振区时，发生气柱共振。

1.3 机组振动

机组本身的动平衡性能差、安装不对中、基础及支承设计不当均会引起机组振动，带动与其连接管道的振动。

2 管道振动的解决

2.1 管道应力分析

为解决往复式压缩机管系气流脉动与管道振动问题，除按工艺操作条件进行热应力分析外，还应对管道进行动态分析。振动计算内容包括气柱固有频率、压力脉动不均匀、频谱分析、振型分析、疲劳分析[2]。根据两部分结果采取相应减振措施，如增加压缩机进出口缓冲罐、增设节流孔板、设减振管托等。

2.2 弹性减振管托设计

弹性减振管托作用是减小管道振动，往复式压缩机本体振动在允许的情况下，合理设置弹性减振管托保证管系不发生共振，利用其结构特点控制管道振动。

2.2.1 满足热应力分析要求

管道运行时会存在热位移和热应力，利用CASEⅡ进行计算，得出管道各支吊点处的位移值。弹性减振管托应满足各点热位移要求，允许管道各支吊点有必要的位移，以控制热应力在安全范围内。

2.2.2 满足动力分析要求

管系动力分析可得出管系各支吊点处振动频率、振幅及循环疲劳应力。弹性减振管托作用是通过合理的布置避免共振；并通过预加預紧力使管道支吊点对管道产生一定约束，使管道振幅在允许安全范围内。

2.2.3 预紧力控制

弹性减振管托可通过预加摩擦力阻止管道在相应方向上的位移，因此弹性减振管托需对管道有足够的预紧力。预紧力A可通过以下公式进行计算：

A≥F/（μ·x） （1）

2.3 弹性减振管托的结构

图1为弹性减振管扩A，图2为弹性减振管扩B。此类型弹性减振管托采用合理刚性连接，特殊弹性元件减振和摩擦副消力结构，使管系整体减振、防振处于动态平衡可调状态，不仅可以保持管系刚性，又能消除管系三维方向产生的振动应力和热应力。

3 工程实例

3.1 中天合创高压聚乙烯项目

中天合创高压聚乙烯于2016年投建，乙烯气二次机出口管道最高操作压力达340MPa，对管道振动要求十分严格。其装置在进出口管道支架均采用江苏中圣管道工程技术有限公司的弹性减振管托，2017年完成安装并投入运行，并通过项目组验收。该批产品设计合理，性能可靠，满足设计要求且达到同类进口产品的水平。现场测试管道振幅值均小于200μm，管系应力状况和振动应力状况得到很好控制。

3.2 河北新启元往复式压缩机进出口管道减振改造

河北新启元30万t/a葱油加氢装置2台往复式压缩机，进出口管道振动严重，且原焊接管托出现振动松脱现象；经测试进出口管道最大振幅达1.24mm，已影响管道附件及设备安全运行[3]。江苏中圣管道工程技术有限公司于2017年对该管道进行振动改造，对原支架进行调整并对管道进行应力分析，将原管托替换为弹性减振管托。改造完毕投运来，减振效果明显，振幅小于150μm。

4 结语

目前，弹性减振管托已应用于燕山石化、大庆石化、扬子石化、兰州石化、茂名石化、江苏斯尔邦等石化单位，并取得了良好减振效果。管道振动现象在石化装置中普遍存在，有相当部分装置的管道需改造。随着各石化单位对管道振动的重视，弹性减振管托的应用将日益广泛，市场前景广阔。

参考文献

[1] 徐建，胡明祎.工业工程振动控制概念设计方法[J].地震工程与工程振动，2015，35（5）：8-14.

[2] 李剑.压力管道应力分析的内容及特点[J].化工管理，2018（14）：93.

[3] 许光强.浅析石油化工企业往复式压缩机运行可靠性分析[J].化工管理，2015（24）：145.