管道振动原因分析和治理

冯秀朝

【摘 要】河北沧州大化聚海分公司光化车间光气化循环泵出口管线振动强烈，管线有晃动现象。论文针对管线的振动进行原因分析，并据此进行改造治理，在保证系统安全可靠的前提下，管线的振动已控制在可接受的范围内，解决了光气化循环泵出口管线的振动问题。

【Abstract】The outlet pipeline of photogasification circulating pump in photochemical workshop of the Juhai Branch of Cangzhou Dahua Group Company Limited has strong vibration and the pipeline has sloshing phenomenon. The paper analyzes the causes of the vibration of the pipeline and carries out the transformation and management according to this. Under the premise of ensuring the safety and reliability of the system， the vibration of the pipeline has been controlled within an acceptable range， and the vibration problem of the outlet pipeline of the phosgenation circulation pump is solved.

【关键词】管道振动；振动分析；预防措施；消除

【Keywords】pipeline vibration； vibration analysis； preventive measures； elimination

【中图分类号】TQ05 【文献标志码】B 【文章编号】1673-1069（2019）02-0127-02

1 管道振动的危害

在化工生产中，有物料流动的管道都存在振动现象。振动是不可避免的，如果振动的振幅超过了标准范围，将会造成很多方面的危害。主要有造成管道上的閥门、管件的松动损坏，甚至引发连接的设备振动和损坏、管道的开裂等危害，造成有毒有害物料的泄漏，直接影响管道的安全运行和操作人员的人身安全。

2 管道振动的原因分析

2.1 施工安装

管道和动设备连接，动设备的振动造成管道的振动。如泵及泵的出口管线的振动。在安装施工过程中，如果泵的出入口管线和泵的出入口法兰不对中或对中不好，就有可能造成管线在外力作用及其他因素的影响下，使管线产生形变，引起振动，造成振动超标。通常来看，管道衔接的弯头、阀门及相关的异径管，会带来偏大的振动，引起体系以内管道的振动。体系构架下的激荡力，会增添原有的压力脉动。伴随着频率的递增，管道振动原有的振幅也会随之递增，这样一来，就引起了管道振动的加剧。

2.2 管道内物料流动频次和系统固有频次相同，造成共振

管道中的物料流动带有预设的固有频率，如果管道内的物料被动设备（泵）激发出来的频率等同管道的固有频次，就会发生共振，会造成管道本身带有剧烈震荡的总倾向。因此，在管道设计时，要让管道原初的频率与机械原初的振动频率保持特有的差距。动设备设定好的振动频率是不能改变的，因此，通常通过更替管道固有的布设状态，或调整管道的支架或吊架，来调和设定好的频率，以达到期待的减振效果。

2.3 汽蚀造成的管道振动

当物料流经阀门、异径管、限流孔板等节流装置时，由于流速会因流通面积的减小，物料在节流装置处流速会增大，造成部分静压力转变为动压力，从而在节流装置两侧产生很大的压力降。由于节流装置后流束的紧缩，断面流体高速流动可引起局部压力低于物料对应的相应的饱和压力，尤其对于一些易挥发的物料，这种现象更加明显。此时物料中的易挥发物质将会汽化产生气泡，这些气泡在节流装置的下游会因为压力的恢复造成破裂，形成高速微小的液体射流，局部形成高于周围压力数千倍的冲击。由于气泡中的物质不能在瞬间溶解到流体物料中或瞬间凝结，在冲击作用下又形成小气泡，并再次被高压流体压缩、凝结，如此反复，这种现象就是汽蚀。在节流装置后的管道上，汽蚀现象会使物料在微小的面积上形成很高的冲击压力，造成管道冲刷的严重损坏，严重时可能造成管道的振动，甚至造成管道的损坏[1]。

3 光气化泵出口管线的减振措施实施

3.1 检查施工安装问题

对于光气化泵出口管线的振动问题，复查了管线和光气化循环泵的安装设备台账，经确认安装无问题。

3.2 怀疑是共振问题造成管道振动

光气化循环泵出口管线7.5m平面西侧竖管处，出现竖直方向晃动情况，如下图所示（幅度最大为4mm，频率约为1秒钟1～2次）。

由于现在TDI装置为连续生产的装置，根据共振原因的分析，从经济和成本的角度考虑，不可能改变现有管道的布设状态，重新设置管道。同样也不可能通过减少管线弯头的数目或减小管道的长度到达减振的目的。或者改变原有的设计去改变管道的材质来改变管道的刚度达到消除振动的要求。综上所述，只有通过在振动较明显的区段，添加合规的支撑或吊架，从而增强原有管道的稳定性。因此我们进行了如下改造：

第一，在泵出口管线振动较明显的管道处增加S5052弹簧支架，先将S5052弹簧支架向下方向力限制：将“1”钢管焊接在弹簧支架基座上，弹簧伸长时支架基座与压板下方高度尺寸减1.5mm为钢管长度（如图2 所示）。

第二，将S5052弹簧支架水平方向力限制：用长400mm，宽240mm，厚5mm钢板压制出与支架托板圆盘弧度相同的护板焊接在支架基座底部，焊接后使护板与支架托板的间隙为1.5mm（如图2所示）。在管道两侧支架外侧同时进行焊接。

经过上述改造，管道的振动有所减小，但振动仍比较明显，因此，可以推测共振可能只是管道振动的一个原因，但并不是根本原因，还未解决管道振动的根本问题。

3.3 怀疑汽蚀造成的管道振动

观察此管线的物料流经阀门、异径管、限流孔板等节流装置，从简单易行的角度考虑，改变泵出口的异径管不现实，因为这会将光气化循环泵的出口直径改变，涉及设备的设计问题。为了消除节流装置对管道振动的影响，将光气化循环泵出口的蝶阀由原来的26%开度逐渐开大至60%，发现管道的振动幅度明显减小，且电流在泵的额定电流范围内（同样测量光气化循环泵出口管线7.5m平面西侧竖管处，竖直方向晃动情况，幅度最大为1.5mm，频率约为2秒钟1次，和未进行调整前振动幅度和频率相比明显减小）。因此，推测节流装置的汽蚀是造成光气化循环泵出口管线振动的主要原因。

4 结语

要消除管道的振动现象，应针对引起管道的振动原因进行具体分析，并根据原因制定简单易行的治理措施。当然，改变管道的走向、缩减管道弯头的数量，减少管道的长度，改变管道的材质、安设规模偏大的支持或吊架、增加带有限流特性的孔板、消除汽蚀等都是消除管道振动的方法。但在实际生产中，应从经济角度考虑，怎样简单易行，易于维修，针对管道振动的原因进行有针对性的实施治理。光气化循环泵出口管线振动的消除，为类似管道振动的故障分析治理提供了参考。

【参考文献】

【1】崔巍升， 宫建国， 金涛. 化工厂管道振动原因分析及控制[J]. 流体机械， 2011， 39（10）：34-38.