架空管道振动原因分析和治理

樊新平

摘　要：新疆油田供热站地面管网腐蚀改造为架空管线振动强烈，管线有晃动、刺漏、损坏现象。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，解决了供热站架空管线的振动问题。

关键词：管道振动；振动分析；预防措施；消除

1 管道振动的危害

在供热站现场供水管线由之前埋地式管线改为外露式，埋地式管线外表面易腐蚀，出现刺漏等情况时不易发现，管线出现破裂时维修成本高，时间长，工程量大。架空供水管网生产中，柱塞泵可以提供高压力的水流，但是流量脉动大，震动大；泵体由于柱塞的往复运动，也有一定程度的震动。液体的流量波动和泵体本身的震动，对管线都有一定的损伤。

有液体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 管道内液体流动频次和系统固有频次相同，造成共振

管道中的液体流动带有预设的固有频率，如果管道内的液体被动设备（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

当液体流经阀门、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，液体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液体对应的相应的饱和压力，这种现象更加明显。此时流体易汽化产生气泡，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，汽蚀现象会使流体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。

3 进口管线的减振措施实施

3.1 检查施工安装问题

对于柱塞泵进口管线的振动问题，复查了管线和供水泵的安装设备台账，经确认安装无问题。

3.2 共振问题造成管道振动改进

由于现厂设备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，添加合规的支撑或缓解软管，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，金属软管内外都为不锈钢材质，能代替管线的内壁防腐，从源头材料问题直接减少腐蚀情况的发生。

第二，金属软管两端连接方式为法兰连接，拆卸及更换方便快捷，不需要动火作业。

第三，供热站内，金属软管较钢管更容易实现防爆要求，防静电跨接线方便安装。

第四，金属软管为软连接，能适当补偿现场尺寸偏差，方便安装及连接。

第五，金属软管具有抗震、抗弯曲的特性，可起到补偿位移和吸收应力的作用，能有效减缓液体的波动和管线硬连接的震动。

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 压力汽蚀造成的管道振动消减

柱塞泵是稠油开采中油田注汽锅炉的一个主要的附属设备它是负责使给水产生一定压力和流量来满足锅炉蒸汽的出口压力和蒸汽量。一般情况下柱塞泵进口水压在0.3Mpa-0.5Mpa但是由于部分供热站地势低洼造成锅炉泵进口水压高达0.8Mpa-1.0Mpa

由于压力过高造成泵进口吸入管破裂频繁平均一周要焊补一次两个月左右更换一次泵吸入管造成因修复柱塞泵而频繁地停炉影响了正常生产。为了克服现有技术的不足

研制一种管线降压稳压装置降低给水压力从而降低因柱塞泵故障的锅炉停炉次数及管网振动造成破损，达到了良好的效果；解决管线内流体压力过高、压力波动过大的同类问题在油田生产中适用于水、油等输送架空管线。

4 结论

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。架空管线振动的消除，为类似管道振动的故障分析治理提供了参考。
作者简介：

樊新平、男，1983年1月，2008年毕业于南京工业大学工程专业，新疆克拉玛依重油开发公司供汽二联合站，工程师，13579519317，[e-mail]