天然气处理装置管道振动原因分析及控制措施

天然气处理装置管道振动原因分析及控制措施

李想

大庆油田有限责任公司天然气分公司 邮编： 163000

摘要：天然气管道设计运行过程中，管道异常振动就会严重影响管道系统运行的稳定性，还会严重危及工作人员的生命安全，增加企业建设的经济损失，不利于提升企业社会竞争中的地位和形象，严重了影响社会和谐安定。基于此，本文对天然气处理装置管道振动原因进行全面的分析，根据分析结果并提出几点有效的控制措施，能够及时消除安全隐患，确保设备安全稳定运行。

关键词：天然气处理装置；管道振动；原因；控制措施

天然气属于目前安全可靠、绿色环保的一种新能源，是人们生产的重要燃料。天然气管道会随着运行时间的不断增加在计、制造、安装等多个环节中出现各种各种安全问题，易发生多种天然气管道事故，给企业和国家都带来了严重的经济舒适，甚至还会危及我国人民的生命安全。基于此，研究分析天然气处理装置管道振动的原因，并根据具体原因制定减振措施至关重要，能够确保管道系统安全平稳的运行，为我国相关工程的建设与发展奠定了良好的基础。

1天然气处理装置管道振动原因分析

1.1机械振动

因机械导致的振动，通常情况下都是因为机械自身在运行过程中出现异常振动，并且直接转送至输送管道中。如果设备自身结构存在设计不合理，安装过程中出现地基松动、设备倾斜、螺栓松动等现象，都会直接导致设备以及管道在运行过程中出现严重的振动现象。

1.2气柱固有频率

管道内部充满所有流体时，流体就会直接看做成具有弹性的气柱。管道在对流体运输的的过程中，需要压缩机作为支持提供相应的动力，确保流体可以在管内以合适的速度进行流动；压缩机设备气缸在吸气或者排气的过程中，管内流体便会出现振动，振动的频率称作为气柱固有频率。气柱固有频率通常情况是采用平面波的理论知识进行计算和求解^[1]。而一维形式的非稳定的流动，在计算求解的过程中需要利用连续性方程和运动方程两种，两种计算方式有效结合后能够得到最终的平面波动方程，即：d2pt/dt2=α2d2pt/dl2,，公示中的P为管内脉动气流压力，t、a、l分别表示为时间、声速、距离。如果需要经过计算得到管道的固有频率，需要先获取管道初始的基本条件、边界条件，根据该条件获取管道脉动压力之后，就可以直接按照公式将速度计算出来，之后利用方程求出其固有的频率值。

1.3机械固有频率

管系属于连续性的弹性体，所以存有结构固有频率这种特征。对于结构非常简单的固有频率，可以直接采用理论力学的方式方法进行计算。而结构较为复杂的关系，例如弯管、法兰等，则计算方式需要分为以下几个步骤，先利用计算机设备完成对基本数值的整理和计算，等到直管以管单元的形式呈现后，再将弯管进行处理，将其处理成弯管单元，最后直接利用计算程序结合上述信息数据获取最终的固有频率。

2.4气流脉动

活塞式压缩机在运行过程中，所产生出的流体均是在气缸的动力下完成的，通过借助气缸对已经连接好的天然气管道进行吸气、排气为其提供足够的动力。在整个吸气和排气的过程中，流体的压力与流速之间一直处在一个变化的状态。

压力与流速之间所产生的波动变化，就会使管道内的气流在设备运行过程中出现振动，管道在振动下则会影响自身的稳定性。设备的流速的波动变化会使得管内气流发生振动，管道因此可能发生失稳现象^[2]。气流的压力与流速整体的波动幅度一旦上升后，管道的相关设备，包括管道拐弯、阀门、法兰等位置都会严重受到气流脉动所产生的激振力的影响，压力脉动是影响程度最大的，所以，在对气流脉动分析的过程中，需要先对压力脉动情况进行分析，压力不均匀程度是直接反映压力脉动程度的一个重要参数。设计管道的过程中，首先设计出压力的不均匀程度，之后根据其具体表现情况优化设计方案，采取合理措施加以控制，以此来减少气流脉动。

2消除天然气处理装置管道振动的有效措施

2.1降低机械设备引起的振动

设备安装过程中，需要先确保管线设计的合理性，由于激振力在大部分情况下都会产生弯管、变径法兰、盲板处，所以在对管线设计的过程中，一定避免减少对弯管以及变径的使用，这样能够有效增加直线的使用，起到减振的效果。如果在设计过程中必须要采用弯管，一定选择弯曲直径较大的弯管，确保内部流体可以平缓的流动，这样就可以有效避免弯管直径较小导致激振力的产生^[3]。合理选择安装设备的位置，保障安装位置的地基牢固，设备安装后能够在安全、平稳的状态下运行，切记螺栓要拧紧，避免设备运行过程中出现螺栓松动诱发安全事故。

2.2调节管道的固有频率

压缩机设备的激振频率与管道固有频率一致时，即便在微小的激振力也会使管道出现明显的管道的固有频率相等时，即使是微小的激振力也会导致管道发生剧烈振动^[4]。如果在设计时出现这种问题，可以采用更换设备的方式来解决这种问题，如果设备的型号和性能已经确定好，可以要求设计人员采用改变结构固有频率和气柱固有频率，改变管道的长度和固有频率通常都是采用改变管道长度的方式进行调节

^[5]。同时气流所产生的频率与管道自身固有的频率处在同一个频率时，面对这种情况则需要适当改变管道路径的整体走向、支撑的具体位置和结构，以及结构的尺寸大小，能够有效调节管路的固有频率，能够及时消除设备运行的振动现象。

2.3减小压力不均匀度降低气流脉动

气流脉动消减主要是通过减小其压力的不均匀度，具体操作措施包括：第一、缓冲罐减振。在压缩机进出气的缸口位置上安装一个缓冲罐，确保其可以与气缸的外壁紧密贴合，这样就可以充当一个振动阻尼器，应用在压缩机设备上能够有效降低设备运行过程中进出口整体压力的波动。第二、孔板消振^[6]。这方法经常被人们所使用，具有安全、简单、有效的特点，在管道中安装孔板，可以利用孔板的作用实现对管道内驻波的转变，将其转变成行波，另外，流体整体的压力不均匀程度也会逐渐降低，这样就可以充分发挥孔板安装的应用价值，安装在大容器的入口位置上能够显著的减振效果。第三、气流脉动衰减器。通过声学滤波的原理进行制作，整个结构都相对非常复杂，具有良好的减振效果，但是这种方式相对成本比较高。

结束语

综上所述，天然气管道振动主要是因为机械振动、流体振动所致，会导致设备出现各种问题，影响设备运行的稳定性和安全性，所以针对振动原因进行分析，积极采取有效防振措施，严格控制安装、设计、运行等各个环节，及时消除安全隐患，使企业经济效益和工作人员的生命财产安全都可以得到有效的保障。

参考文献

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