原料天然气过滤分离单元管网振动原因分析及措施.pdf

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1、第 4 5卷第 2期 2 0 0 8年 4月 化工设备与管道 P R O C E S S E Q U I P M E N TP I P I N G Vo 1 4 5 No 2 Apr 2 0 08 原料天然气过滤分离单元管网振动原因分析及措施 闫高伦 李明国 郑 鑫 ( 1 重庆天然气净化总厂， 重庆4 0 1 2 5 9 ； 2 西南油气田公司重庆气矿， 重庆4 0 0 0 2 1 ) 摘要：对原料天然气过滤分离单元管网振动原因进行了分析。提 出了防止管网振动的措施， 并取得了良好的效 果。对解决类似问题有一定的参考和借鉴作用。 关键 词 ： 原料 天然气； 管 网； 振动 ； 过 滤分 离

2、单元 中图分类号 ： T Q 0 5 5 8 文献标识码 ： B 文章编 号 ： 1 0 0 9 3 2 8 1 ( 2 0 0 8 ) 0 2 4 3 0 5 5 4 3 3 Ca us e Ana l y s i s a n d Pr e v e nt i o n o f Vi br a t i o n Oc c ur r e d i n Pi pi n g Ne t i n Na t ur a l Ga s Fi l t e r i n g a nd Se p a r a t i o n Un i t Ya n Ga o l un Li m i ng gu o Zhe ng Xi ng

3、( C h o n g q i n g N a t u r a l G a s P u r c a t i o n P l a n t ， C h o n g q i n g 4 0 1 2 5 9； 2 S o u t h w e s t O i l a n d Gas F i e l d C o m p a n y C h o n g Q i n g G a s Di s t r i c t 4 0 0 0 2 1 ) Ab s t r a c t The c a us e o f v i b r a t i o n o c c u r r e d i n t he pi pi n g n

4、e t i n r a w na t u r a l g a s f i l t e r i n g a n d s e p a r a t i o n u ni t wa s a na l y z e dTh e me a s ur e f o r p r e v e n t i n g t h e v i br a t i o n o f t h e pi p i n g ne t wa s pr e s e n t e d，wh i c h ha s h a d e x c e l l e n t e f f e c t a nd c a n be r e f e r e nc e d

5、i n s o l v i n g t he s i mi l a r p r o b l e m Ke y wo r ds r a w n a t u r a l g a s；p i p i n g ne t ；v i b r a t i o n；c a us e；me a s ur e 某天然气净化厂原料气过滤分离单元 ， 设计处 理原料天然气 41 0 。 i T l d ， 是天然气净化装置的预 处理单元 。其主要作用是过滤分离从增压站输送 的 天然气中的固体杂质 、 游离水 、 凝析油等 ， 以避免这 些杂质进入脱硫单元而对脱硫溶剂造成污染 。该装 置的设备有原料气重力分离器 、 污

6、水反压罐和过滤 分离器。为 了使 过 滤分 离效 果更 充 分 ， 2 0 0 4年 4 月 ， 在该单元新增 了 2台高效过滤器。设计时为了 装置紧凑 ， 建了 2层平台 ， 分别将高效过滤器 、 过滤 分离器装在地面上 ， 将 污水反压罐和重力分离器放 置于一层平台， 重力分离器 和湿净化分离器置于 2 层平台。新增设备后 ， 发现过滤分离器本体( 其液 位计 曾被振 裂) 及 排 污管 线、 重力 分 离器 ( D 一 1 1 0 1 A B ) 及其液位计 、 一层平台上 的工艺管线 和仪 表管线均有 较强 的振动 。原系统 由于设备安 排紧 凑 ， 弯头 、 三通 比较多 ， 原料

7、气过滤分离单元 ， 阀门 2 9只 ， 弯头 7 8只 ， 三通 1 8只 ， 各种管道变径 7处。 新增高效过滤器后 ， 新 增阀门 1 8只 ， 弯头 1 6只， 三 通 5只 ， 各种变径 1 0处。如果该单元管网振动 问题 得不到解决 ， 将会造成 管道及与之相连 的设备发生 疲劳破坏 ， 紧固件断裂 ( 每年装置大修 开产前试压 ， 均有部分旧连接法兰螺栓松动 ， 密封处泄漏的现象 发生) 、 管道开裂 、 容器爆炸等安全隐患 。为使该 问 题得到彻底解决 ， 笔者多次深入现场 ， 认真分析引起 振动 的原 因， 并采取相应的整改措施 ， 终使问题得到 圆满解决 。 1 振 动原 因

8、分析 1 1 气柱共振 管道 内的气体 ， 其平均流速相对声速低得多 ， 故 可视气体为静止的， 这样静止的气体称为气柱。气 柱可 以压缩 、 膨胀 ， 是一个弹性体 ， 而气柱又有一定 的质量 ， 故气柱本身是一个振动系统。当气柱受 到 一 定的激发之后 ， 就会形成一定 的受迫振动。振动 的结果表现为压力脉 动。当脉动气柱遇 到弯头 、 三 通 、 大小头( 异径管 ) 时， 就形成 了激振力 。当激发 频率与气柱固有频率之一相 等或者相近时 ， 就会激 发气柱形成强烈的脉动， 称为气柱共振。 1 2 管道 系统共振 由管道 、 管道附件 、 容器 、 支架等构成 的体系 ， 受 收稿 日

9、期 ： 2 0 0 7 - 0 9 1 7 作者简介 ： 闫高伦( 1 9 6 5 一 ) ， 男 ， 工程师 。从事化工装置的安装和维 修工作。 维普资讯 http:/ 5 6 化工设备与管道 第 4 5卷第2期 到激发后产生机械振动响应 ， 即通常说的管道共振 。 当激发力频率与管道结构系统 固有频率之一相等或 者相近时， 就形成了机械共振 ， 此时出现最大的振动 幅度。当激发频率、 气柱固有频率、 管道结构固有频 率三者相等或者相近时， 会引起强烈的管道振动 。 1 3 管道方向、 面积发生变化时引起的振动 系统弯头 、 三通 、 大小头变径较多 ， 流体在这些 地方流动速度突然改变 ，

10、 会引起一定程 度 的振动 。 在内承压的情况下 ， 弯头内 I- N受力不同， 这使弯头 有“ 趋直” 效应。流体由直管进入弯头前截面压力 均一 ， 但进入弯头后 ， 外侧流体先增压后 降压 ， 内侧 流体先降压后增压。在增压过程中， 边界层能量被 粘滞力所消耗， 从而出现边界层分离。这种情况的 存在使管道流量不稳定。当流向、 速度发生变化时， 对弯头形成 冲刷 ， 管 内压力周期性波动 ( 异径及弯 头处 ) ， 会形成一定频率的振动。 1 4 小规格的工艺、 仪表、 电气管道的振动 由于 4, 5 7 m m x 5 m m、 4 , 3 2 mm x 3 5 m m、 4, 2 6 m

11、 m x 3 m m、 4, 2 2 m m x 3 m m、 4 , 8 m m x 2 m m1 4, 6 mm x2 m m的工艺仪表电气管道及悬臂式液位计的刚 性较 4, 3 7 7 m m x 1 5 mm管道及容器 的刚性小很多 ， 所以在受到管道 系统 的振动时， 表现得较为敏感 ， 会 产生强烈的振动 。 1 5 由平台引起的管网振动 平 台由相对较薄的花纹钢板组成 ， 而每张钢板 跨度相对较大 ， 钢板与钢结构又是 间断焊接或者点 焊 ， 因此刚性较差。管道的振动传递到平台时， 钢板 由于刚性差而对振动特别敏感 ， 从而产生较强烈 的 振动。而一层平 台上的规格较小的工艺 、

12、 仪表电气 管道的支撑就安放于花纹钢板上 ， 因此这些管道会 随平台一起振动。 2 解决措施 经过前面对引起振动原 因的分析 ， 可 以判断管 网振动是 由于系统结构 中某些部位 刚性弱而引起 的。基于这些考虑 ， 笔者从 以下几个方面对引起振 动 的因素进行了整改 。 2 1 平台振动问题 增大穿过平 台管线 的孔径 ， 以避免竖管与平 台 靠在一起而发生共振。 2 2 过滤分离器处压力变送器的振动问题 如 图 1 所示 ， 在横 向 1 2 m和竖 向 1 4 m及靠 近变送器的横向0 2 m水平段均无任何支撑和连接 件， 由于该管线为 4, 8 m m管， 刚性差， 故其对振动的 敏感性

13、很强 。在 图 1所示的地方加装管卡 ， 在 临近 变送器处的水平段增加支撑以增强这些刚性弱的小 管线 的刚性。 图 1 过滤分离处引压管振动解决方案 图 2 3 净化气 出口 GR OV E阀旁 8 mm 仪表管振 动问题 如图 2所示 ， 该处横 向 1 5 m 管线 和竖 向 1 2 m管线均无支撑 。在图 2所示位置增加支撑 以增强 对小管的约束及增强其刚性 。 图 2净化气 出口管 8 mm 仪表振 动解 决方案 2 4过滤分离器液位计振动问题 由于该构件为悬臂式结构 ， 接管较小 ， 液位计又 较重 ， 在这种情况下 ， 对振动最为敏感。在液位计上 下端水平段各焊接 2根约束振动的

14、角钢， 以消除其 振动( 如 图 3所示 ) 。 图3 过滤分离器液位计振动解决方案 ( 下转第 6 5页) 维普资讯 http:/ 第 4 5卷 专 访 6 5 ( 上接 第 5 6页 ) 2 5 重 力分 离器 旁 3 2 mm X 3 5 mm 和 P G 1 1 0 2管 线 ( 咖 2 2 mm X 3 mm) 振 动大 问题 根据现场考察 ， 该处管线和平 台的振动是 由于 小管线刚性弱 ， 管道水平支撑跨距 大而引起 的。而 且这些管线的支撑直接焊接在平 台上 ， 从 而发生 了 有小管线的振动而 引起与平 台的共振现象。所 以 。 只要分离了大 、 小管线和平 台的接触 ， 将

15、管线支撑整 改后移动焊接到平台的横梁上 ， 并在跨距 间的水平 管线上增加管卡 ， 将 + 3 2 m m X 3 5 mm、 西 2 2 mm X 3 m m管线连接在一起而增加 其刚性 ， 这样 管线和平 台振动就解决 了。 3 结束语 整个系统及支撑构件是互相连接的 ， 因此只要 一 处振动敏感 区振动一强 ， 势必造成整个 系统 的振 动 ， 特别是刚性较弱 的部 分。只有 加强对 刚性较弱 的部位的约束 ， 增强其刚性 ， 才能消除或减弱系统 的 振动。通过以上这些整 改措施后 ， 系统 的振动 已经 很大程度上得到减弱 ， 而且再也没有发生过液位计 玻板被振裂的现象。 维普资讯 http:/