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[摘 要]振动是工业管道运行中的一种多发现象，管道振动问题往往会带来严重的安全生产隐患。对新建硫回收装置恒温反应器出口管线的振动问题，进行原因分析并基于研究结果，提出相应的工艺改进建议。
[关键词]振动 冲击 工艺改进
中图分类号T31H3 文献标识码B 文章编号：1009-914X（2018）41-0266-01
一、概述
振动是工业管道运行中的一种多发现象，管道振动问题往往会带来严重的安全生产隐患，尤其是在管道的焊缝等应力集中处，尽管管道设计满足其强度要求，也可能由于长期受到振动而引发疲劳破坏，甚至发生管道断裂、介质外泄，严重威胁到设备及生产运行安全。陕西某煤矿空压机站曾因集气管道剧烈振动而导致与之相连的储气罐破裂爆炸，危及数十米外[1]；某海底输油管道也曾发生因振动疲劳引起环焊缝断裂的事故[2]，因此对管道振动问题进行研究是十分有必要的。
此厂新建硫回收装置自2016年1月底开始投运。运行一段时间后发现，恒温反應器出口至中间换热器的现场DN500管线存在严重振动现象。为了保障安全生产，及时消除安全隐患，本文针对恒温反应器出口管线的振动原因及管内流动状态展开分析，对减小管道振动措施的提出具有重要的指导意义。
二、出口管线振动现状
新建装置恒温反应器出口管线现场走向如图1所示，从恒温反应器出口至中间换热器的管线包含一段5.9m上升立管和四个90?长半径弯头，从恒温反应器出来的过程气经过中间换热器换热后进入硫冷凝器。
实际运行时，反应器出口至中间换热器管线存在严重振动现象，并且发出较大的噪声；立管段管线上安装的温度计指针振动幅度最大达3mm。适当提高恒温反应器出口温度后，振动现象稍有缓解，但效果并不明显，仍存在较大的安全隐患。
三、管线振动原因分析
从激振力的来源分析，管道的振动可分为内因型和外因型。
外因型主要是由地震、风载荷等外加载荷引起的振动，是非定时的、随机的。前期运行阶段，厂区内未出现大风、地震等异常情况，出口管线从开始振动至装置停运期间，振动是持续发生的，因此认为出口管线的振动与外因无关。
引起管道振动的内因可概括为以下几种情况：
一是与管道直接相连的转动、往复等设备（如压缩机、泵等）传递的振动。若设备动力平衡性能差，运行时不平衡的惯性力会引起设备及基础振动，进而引起与之相连的管道振动。当设备运行不稳定或不正常时（如喘振、气蚀等），设备自身也会产生振动，从而引起管道振动。
二是管内流体压力脉动引起的振动。压缩机、泵等的排量不均匀性使管道内流体产生脉动，流体压力呈周期性变化，在遇到弯头、异径管或阀门等部件时，会产生激振力引起管道振动。
三是管内两相流动引起的振动。两相流动的脉动特征使得气液相在流向转弯处交替冲击，引起管道局部压力波动；同时，由于离心力的作用，密度较大的液相被甩向弯道的外侧，形成对管道的冲击作用，引起管道振动。
从现场管线布置来看，与振动管线直接相连的恒温反应器与中间换热器均为静设备，设备本身在运行时并未产生振动，因此认为出口管线的振动和与其相连的设备无关。
从现场工艺流程来看，振动管线上游没有邻近的压力脉动源，增压后的酸性原料气经过管道混合器、原料气预热器后进入恒温反应器进行反应，管道内流体不存在周期性压力脉动现象，因此认为出口管线的振动与流体压力脉动的关系也不大。
新建装置在设计之初，模拟计算硫露点温度较高，实际运行时，由于现场条件限制，恒温反应器出口温度有时往往达不到露点温度的要求，并且适当提高恒温反应器出口温度后，振动现象略有缓解。结合前期运行状况和管线振动情况来看，推断管路内有液硫生成，气液两相流动对管路形成冲击作用，导致振动的发生。
四、工艺改进建议
（一）工艺参数方面
建议将恒温反应器的出口温度控制参数设置在221～224℃以上，以保证正常运行时反应器出口管线内无液硫冷凝。同时，控制出口温度在221℃以上，也可保证在有液硫产生时，出口温度与硫露点之间的差值尽可能小，从而尽可能减少硫冷凝量，削弱液硫对管路的冲击作用，达到保护管路的目的。若日后处理气量大幅增加，则应对运行工况重新进行校核计算。
（二）现场改造方面
为了更好地解决恒温反应器出口管线的振动问题，计划在反应器出口管线低点增设旁通管线，将液硫直接引至硫冷凝器进口管线，建议将分流点设在靠近2#弯头的位置，以求最大限度地实现引流.
五、结论
本文以新建硫回收装置恒温反应器出口管线的振动问题为出发点，通过理论计算与数值模拟相结合的方式，对该问题进行了全面分析与研究，主要结论如下：
1）通过对前期运行工况下的硫露点进行校核计算，判断管路内有液硫生成，出口管线振动与管路内的气液两相流动有关。图3所示为出口管线低点管段（即水平直管段及其连接弯头部分），由图可知，前期运行过程中出口管线内确实产生了液硫，装置停运后，液硫在管线低点积聚，由此进一步验证了对出口管线振动原因的推断。
2）计算得到前期运行阶段有液硫产生工况的理论硫露点范围主要介于215～225℃之间，其中主要露点分布基本以220℃为中心，以±2.5℃的幅度变化。基于理论计算结果，建议将恒温反应器出口温度控制在221～224℃以上。
参考文献
[1]党锡淇，黄幼玲.工程中的管道振动问题.力学与实践，1993，15（4）：9～16.
[2]WANG Xinhu（王新虎），FENG Yaorong（冯耀荣）.Analysis on cause of an offshore pipeline gi rth weld fracture.Heat Treatment of Metals （金属热处理），2007，32（S1）：217～220.3.戴真全.气液两相管道振动的分析和改进.化工设备与管道，2010，47（3）：70～71.
[3]蔡峰峰，毛玲.输气管道若干振动问题简析.机械工业标准化与质量，2013，No.487：43～46.
[关键词]振动 冲击 工艺改进
中图分类号T31H3 文献标识码B 文章编号：1009-914X（2018）41-0266-01
一、概述
振动是工业管道运行中的一种多发现象，管道振动问题往往会带来严重的安全生产隐患，尤其是在管道的焊缝等应力集中处，尽管管道设计满足其强度要求，也可能由于长期受到振动而引发疲劳破坏，甚至发生管道断裂、介质外泄，严重威胁到设备及生产运行安全。陕西某煤矿空压机站曾因集气管道剧烈振动而导致与之相连的储气罐破裂爆炸，危及数十米外[1]；某海底输油管道也曾发生因振动疲劳引起环焊缝断裂的事故[2]，因此对管道振动问题进行研究是十分有必要的。
此厂新建硫回收装置自2016年1月底开始投运。运行一段时间后发现，恒温反應器出口至中间换热器的现场DN500管线存在严重振动现象。为了保障安全生产，及时消除安全隐患，本文针对恒温反应器出口管线的振动原因及管内流动状态展开分析，对减小管道振动措施的提出具有重要的指导意义。
二、出口管线振动现状
新建装置恒温反应器出口管线现场走向如图1所示，从恒温反应器出口至中间换热器的管线包含一段5.9m上升立管和四个90?长半径弯头，从恒温反应器出来的过程气经过中间换热器换热后进入硫冷凝器。
实际运行时，反应器出口至中间换热器管线存在严重振动现象，并且发出较大的噪声；立管段管线上安装的温度计指针振动幅度最大达3mm。适当提高恒温反应器出口温度后，振动现象稍有缓解，但效果并不明显，仍存在较大的安全隐患。
三、管线振动原因分析
从激振力的来源分析，管道的振动可分为内因型和外因型。
外因型主要是由地震、风载荷等外加载荷引起的振动，是非定时的、随机的。前期运行阶段，厂区内未出现大风、地震等异常情况，出口管线从开始振动至装置停运期间，振动是持续发生的，因此认为出口管线的振动与外因无关。
引起管道振动的内因可概括为以下几种情况：
一是与管道直接相连的转动、往复等设备（如压缩机、泵等）传递的振动。若设备动力平衡性能差，运行时不平衡的惯性力会引起设备及基础振动，进而引起与之相连的管道振动。当设备运行不稳定或不正常时（如喘振、气蚀等），设备自身也会产生振动，从而引起管道振动。
二是管内流体压力脉动引起的振动。压缩机、泵等的排量不均匀性使管道内流体产生脉动，流体压力呈周期性变化，在遇到弯头、异径管或阀门等部件时，会产生激振力引起管道振动。
三是管内两相流动引起的振动。两相流动的脉动特征使得气液相在流向转弯处交替冲击，引起管道局部压力波动；同时，由于离心力的作用，密度较大的液相被甩向弯道的外侧，形成对管道的冲击作用，引起管道振动。
从现场管线布置来看，与振动管线直接相连的恒温反应器与中间换热器均为静设备，设备本身在运行时并未产生振动，因此认为出口管线的振动和与其相连的设备无关。
从现场工艺流程来看，振动管线上游没有邻近的压力脉动源，增压后的酸性原料气经过管道混合器、原料气预热器后进入恒温反应器进行反应，管道内流体不存在周期性压力脉动现象，因此认为出口管线的振动与流体压力脉动的关系也不大。
新建装置在设计之初，模拟计算硫露点温度较高，实际运行时，由于现场条件限制，恒温反应器出口温度有时往往达不到露点温度的要求，并且适当提高恒温反应器出口温度后，振动现象略有缓解。结合前期运行状况和管线振动情况来看，推断管路内有液硫生成，气液两相流动对管路形成冲击作用，导致振动的发生。
四、工艺改进建议
（一）工艺参数方面
建议将恒温反应器的出口温度控制参数设置在221～224℃以上，以保证正常运行时反应器出口管线内无液硫冷凝。同时，控制出口温度在221℃以上，也可保证在有液硫产生时，出口温度与硫露点之间的差值尽可能小，从而尽可能减少硫冷凝量，削弱液硫对管路的冲击作用，达到保护管路的目的。若日后处理气量大幅增加，则应对运行工况重新进行校核计算。
（二）现场改造方面
为了更好地解决恒温反应器出口管线的振动问题，计划在反应器出口管线低点增设旁通管线，将液硫直接引至硫冷凝器进口管线，建议将分流点设在靠近2#弯头的位置，以求最大限度地实现引流.
五、结论
本文以新建硫回收装置恒温反应器出口管线的振动问题为出发点，通过理论计算与数值模拟相结合的方式，对该问题进行了全面分析与研究，主要结论如下：
1）通过对前期运行工况下的硫露点进行校核计算，判断管路内有液硫生成，出口管线振动与管路内的气液两相流动有关。图3所示为出口管线低点管段（即水平直管段及其连接弯头部分），由图可知，前期运行过程中出口管线内确实产生了液硫，装置停运后，液硫在管线低点积聚，由此进一步验证了对出口管线振动原因的推断。
2）计算得到前期运行阶段有液硫产生工况的理论硫露点范围主要介于215～225℃之间，其中主要露点分布基本以220℃为中心，以±2.5℃的幅度变化。基于理论计算结果，建议将恒温反应器出口温度控制在221～224℃以上。
参考文献
[1]党锡淇，黄幼玲.工程中的管道振动问题.力学与实践，1993，15（4）：9～16.
[2]WANG Xinhu（王新虎），FENG Yaorong（冯耀荣）.Analysis on cause of an offshore pipeline gi rth weld fracture.Heat Treatment of Metals （金属热处理），2007，32（S1）：217～220.3.戴真全.气液两相管道振动的分析和改进.化工设备与管道，2010，47（3）：70～71.
[3]蔡峰峰，毛玲.输气管道若干振动问题简析.机械工业标准化与质量，2013，No.487：43～46.