管道振動原因分析和治理

馮秀朝

（河北滄州大化聚海分公司，河北 滄州061000）

1 管道振動的危害

在化工生產(chǎn)中，有物料流動的管道都存在振動現(xiàn)象。振動是不可避免的，如果振動的振幅超過了標(biāo)準(zhǔn)范圍，將會造成很多方面的危害。主要有造成管道上的閥門、管件的松動損壞，甚至引發(fā)連接的設(shè)備振動和損壞、管道的開裂等危害，造成有毒有害物料的泄漏，直接影響管道的安全運(yùn)行和操作人員的人身安全。

2 管道振動的原因分析

2.1 施工安裝

管道和動設(shè)備連接，動設(shè)備的振動造成管道的振動。如泵及泵的出口管線的振動。在安裝施工過程中，如果泵的出入口管線和泵的出入口法蘭不對中或?qū)χ胁缓?，就有可能造成管線在外力作用及其他因素的影響下，使管線產(chǎn)生形變，引起振動，造成振動超標(biāo)。通常來看，管道銜接的彎頭、閥門及相關(guān)的異徑管，會帶來偏大的振動，引起體系以內(nèi)管道的振動。體系構(gòu)架下的激蕩力，會增添原有的壓力脈動。伴隨著頻率的遞增，管道振動原有的振幅也會隨之遞增，這樣一來，就引起了管道振動的加劇。

2.2 管道內(nèi)物料流動頻次和系統(tǒng)固有頻次相同，造成共振

管道中的物料流動帶有預(yù)設(shè)的固有頻率，如果管道內(nèi)的物料被動設(shè)備（泵）激發(fā)出來的頻率等同管道的固有頻次，就會發(fā)生共振，會造成管道本身帶有劇烈震蕩的總傾向。因此，在管道設(shè)計(jì)時，要讓管道原初的頻率與機(jī)械原初的振動頻率保持特有的差距。動設(shè)備設(shè)定好的振動頻率是不能改變的，因此，通常通過更替管道固有的布設(shè)狀態(tài)，或調(diào)整管道的支架或吊架，來調(diào)和設(shè)定好的頻率，以達(dá)到期待的減振效果。

2.3 汽蝕造成的管道振動

當(dāng)物料流經(jīng)閥門、異徑管、限流孔板等節(jié)流裝置時，由于流速會因流通面積的減小，物料在節(jié)流裝置處流速會增大，造成部分靜壓力轉(zhuǎn)變?yōu)閯訅毫?，從而在?jié)流裝置兩側(cè)產(chǎn)生很大的壓力降。由于節(jié)流裝置后流束的緊縮，斷面流體高速流動可引起局部壓力低于物料對應(yīng)的相應(yīng)的飽和壓力，尤其對于一些易揮發(fā)的物料，這種現(xiàn)象更加明顯。此時物料中的易揮發(fā)物質(zhì)將會汽化產(chǎn)生氣泡，這些氣泡在節(jié)流裝置的下游會因?yàn)閴毫Φ幕謴?fù)造成破裂，形成高速微小的液體射流，局部形成高于周圍壓力數(shù)千倍的沖擊。由于氣泡中的物質(zhì)不能在瞬間溶解到流體物料中或瞬間凝結(jié)，在沖擊作用下又形成小氣泡，并再次被高壓流體壓縮、凝結(jié)，如此反復(fù)，這種現(xiàn)象就是汽蝕。在節(jié)流裝置后的管道上，汽蝕現(xiàn)象會使物料在微小的面積上形成很高的沖擊壓力，造成管道沖刷的嚴(yán)重?fù)p壞，嚴(yán)重時可能造成管道的振動，甚至造成管道的損壞[1]。

3 光氣化泵出口管線的減振措施實(shí)施

3.1 檢查施工安裝問題

對于光氣化泵出口管線的振動問題，復(fù)查了管線和光氣化循環(huán)泵的安裝設(shè)備臺賬，經(jīng)確認(rèn)安裝無問題。

3.2 懷疑是共振問題造成管道振動

光氣化循環(huán)泵出口管線7.5m 平面西側(cè)豎管處，出現(xiàn)豎直方向晃動情況，如下圖所示（幅度最大為4mm，頻率約為1 秒鐘1～2 次）。

由于現(xiàn)在TDI 裝置為連續(xù)生產(chǎn)的裝置，根據(jù)共振原因的分析，從經(jīng)濟(jì)和成本的角度考慮，不可能改變現(xiàn)有管道的布設(shè)狀態(tài)，重新設(shè)置管道。同樣也不可能通過減少管線彎頭的數(shù)目或減小管道的長度到達(dá)減振的目的?；蛘吒淖冊械脑O(shè)計(jì)去改變管道的材質(zhì)來改變管道的剛度達(dá)到消除振動的要求。綜上所述，只有通過在振動較明顯的區(qū)段，添加合規(guī)的支撐或吊架，從而增強(qiáng)原有管道的穩(wěn)定性。因此我們進(jìn)行了如下改造：

第一，在泵出口管線振動較明顯的管道處增加S5052 彈簧支架，先將S5052 彈簧支架向下方向力限制：將“1”鋼管焊接在彈簧支架基座上，彈簧伸長時支架基座與壓板下方高度尺寸減1.5mm 為鋼管長度(如圖2所示)。

第二，將S5052 彈簧支架水平方向力限制：用長400mm,寬240mm,厚5mm 鋼板壓制出與支架托板圓盤弧度相同的護(hù)板焊接在支架基座底部，焊接后使護(hù)板與支架托板的間隙為1.5mm(如圖2所示)。在管道兩側(cè)支架外側(cè)同時進(jìn)行焊接。

經(jīng)過上述改造，管道的振動有所減小，但振動仍比較明顯，因此，可以推測共振可能只是管道振動的一個原因，但并不是根本原因，還未解決管道振動的根本問題。

3.3 懷疑汽蝕造成的管道振動

觀察此管線的物料流經(jīng)閥門、異徑管、限流孔板等節(jié)流裝置，從簡單易行的角度考慮，改變泵出口的異徑管不現(xiàn)實(shí)，因?yàn)檫@會將光氣化循環(huán)泵的出口直徑改變，涉及設(shè)備的設(shè)計(jì)問題。為了消除節(jié)流裝置對管道振動的影響，將光氣化循環(huán)泵出口的蝶閥由原來的26%開度逐漸開大至60%，發(fā)現(xiàn)管道的振動幅度明顯減小，且電流在泵的額定電流范圍內(nèi)（同樣測量光氣化循環(huán)泵出口管線7.5m 平面西側(cè)豎管處，豎直方向晃動情況，幅度最大為1.5mm，頻率約為2 秒鐘1 次，和未進(jìn)行調(diào)整前振動幅度和頻率相比明顯減?。?。因此，推測節(jié)流裝置的汽蝕是造成光氣化循環(huán)泵出口管線振動的主要原因。

4 結(jié)語

要消除管道的振動現(xiàn)象，應(yīng)針對引起管道的振動原因進(jìn)行具體分析，并根據(jù)原因制定簡單易行的治理措施。當(dāng)然，改變管道的走向、縮減管道彎頭的數(shù)量，減少管道的長度，改變管道的材質(zhì)、安設(shè)規(guī)模偏大的支持或吊架、增加帶有限流特性的孔板、消除汽蝕等都是消除管道振動的方法。但在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)從經(jīng)濟(jì)角度考慮，怎樣簡單易行，易于維修，針對管道振動的原因進(jìn)行有針對性的實(shí)施治理。光氣化循環(huán)泵出口管線振動的消除，為類似管道振動的故障分析治理提供了參考。