天然气分输站管道的振动分析与解决方案

马倩倩　董常龙

摘 要：天然气分输站管道振动易引起管道爆裂导致分输站泄漏、爆炸等生产事故。管内天然气引起的振动和管道配管引起的振动是造成管道振动的主要原因，本文从管道振动的理论角度进行了简要的分析并结合沙河分输站管道振动实际解决方法从流体系统及管道结构系统两方面提出常用的减振措施，促进分输站的管道振动问题的解决。

关键词：天然气分输站;流体;管道振动;工程实例

1 引言

天然气分输站内的管道、设备、支撑及管道内的天然气构成了一个完整的管道系统，主要有管道等硬件设备组成的管道结构系统和管内流体系统组成，根据管道系统的特点，研究管道振动主要从流体系统和管道系统进行分析。

2 振动机理分析

2.1 流体系统

管内天然气的压力、流速等工艺参数会随着生产工况的变化而产生压力波动，压力波动与管道等设备相互作用产生激振力进而引起管道系统发生振动，压力波动产生振动的程度可用压力脉动、压力脉动不均度及压力脉动幅值来进行定量分析。

2.2 管道结构系统

管道工艺流程中分布着许多弯头，变径管，管道内的流体遇到管道的弯头、变径管等管道元件就会进行冲击进而产生激振力产生管道振动。

2.3 管道产生振动的根源

综合管内流体系统和管道结构系统的分析，管道产生振动的内因是气流脉动，外因是管道工艺的空间结构。因此，管道振动是管道结构系统和管内流体系统共同影响造成的，其中，天然气的压力波动为主要因素。

3 管道减振方法

3.1 管流脉动的控制

管道设计中结合管流脉动合理配置管道，输气管道在前期設计和在配管过程中，要对管道配置进行模拟量化，找出压力脉动形成的原因，控制管流脉动的程度，确保管道的抗振能力，杜绝盲目配管使设计的工艺无法投入使用。

3.2 管道结构的优化

前期设计过程中要充分开展固有频率模拟计算，根据固有频率值的区间优化管道的设计，合理搭配管道弯头、直管段及变径管的尺寸及数量，使其管道的流体频率与管道自身固有频率不相交，避免管道共振。

3.3 合理配置支撑，确保管道及设备空间的稳定性

根据管道及设备的质量、运行工况和空间布置，合理的选择支撑类型、支撑位置和弹性量，消除共振产生的可能性，确保设备及管道的空间稳定性。

4 应用实例

4.1 管道振动概述

沙河分输站工艺管道随着进站压力的升高，管道逐渐出现振动现象，工艺管道自过滤分离器至出口管线均出现较强烈的振动。根据振动的强烈程度，在压力4.56MPa时，选取振动较明显的9个测量点进行测量，通过测量发现振动现象主要集中在过滤分离区，过滤分离器的液位计振动最为明显，且振幅值较大，过滤分离器本体及支撑振动幅度也较大，在用过滤分离器较备用过滤分离器振动程度要明显。

4.2 管道振动原因分析

根据上述理论分析，对于沙河站的管道振动主要从流体系统和管道系统进行分析。我们选取了压力脉动、弯头数量及支撑工况进行了重点分析，引起沙河站管道振动的主要原因有三个方面：①进出站压力均存在一定的压力脉动，并且压力越高，脉动值越大;②站内工艺设计紧凑，过滤分离器处的管道弯头、变径管数量多，天然气在管道内流动过程中对管道弯头、变径管有较大的冲击力;③站内管道支撑设计不合理，质量较大的过滤分离器中间跨度较大，许多支撑点处于悬空状态。通过现场实际测量数据也表明了过滤分离器振动最为强烈，因此，解决沙河分输站管道振动可从消除过滤分离器振动着手解决。

4.3 解决方案

第一、控制压力脉动。在满足下游用气需求的前提下，适当调低出站压力，减少高压天然气对弯头的冲击力缓解振动现象。第二、优化管道弯头等管件布置。将两路过滤分离器同时运行的方式变为一用一备的运行方式，将冲击力将减少一半。第三、调整管道支撑基础，改变管道的固有频率，增加系统的稳定性。在过滤分离器钢结构下面加装了8根可上下调节的钢柱支撑，根据现场需要调节所需刚度消除设备因悬空导致的颤振现象，通过上述多项举措，管道基本消除振动。

5 结束语

近几年来，随着天然气管道大量建设，管道振动问题产生的影响也日益突出，本文结合目前天然气分输站设计及建设的现状，探讨了天然气分输站管道振动产生的机理并提出了解决的方案，为天然气分输站的管道振动解决提供可参考的案例，希望在本文相对应的一系列的建议和措施的帮助下，可以及时解决天然气分输站生产运行中产生的管道振动，确保天然气分输站的安全平稳运行，进而为我国天然气行业的发展做出一定的贡献。

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