柱塞泵出口管线振动原因分析及处理方法

1、柱塞泵出口管线振动原因分析及处理方法柱塞泵出n管线妊动原因分析及处理方法一张正栋柱塞泵出口管线振动原因分析及处理方法f/f,7r国j"临辩粹间7,.7摘要:临氢降凝装置泵lo5/1,2,3在实际生产使用中,出现系统管线振动,管线支承落等象,对此/井秆了研竹和梅讨摇了口管建加着能暑晕谊一青窜.妆l了猪榀.摆护甜密管终一日的主貅丝熏墅塑筲通夜雩,1前言,【专L碍:,找出了影响振动的原因.105/1,2,3.1994年以前采用临氢降凝工艺生产低凝固点柴油,l泵和2泵切换使用,3泵作紧急备用.系统对软化水的需求量不高,因此.注水系统的振动较小.虽有液体的脉冲,坦没有影响管线的使川寿命199t

2、年后,生产工艺发生了变化,加氢精制工艺原料汕中的含硫,含氮成分大大地超过了临氢降凝工艺(见表1).衰1原料油总硗/%总氯./ppm脱氧求注量1临氲降毒E工艺026622.5加氢特制工艺0.94156256为了防止胺盐结垢,在生产上加大了软化水的使用量.原来由一台泵供水.用量为2.5t/h,后改为二钉泵并联注水,注水量为5t/h,由于注水量的增加.J重了管线的承载能力,使管线激振频率发生变【匕,原来的不明显的液流脉冲变得突出起来.造成管线明显振动.具体现象有,管线部分支承在报动下.发生脱落,同时在交变应力的作用下.管线局部出现了疲劳断裂,在泵出口管线发现裂纹,注水线的振动又引起了其它管线共振.由

3、此腥丌原四分析,采取了妥当措施,较好地解决了这一题.2原因分析针对这一现象,从振动这一出发点进行了分2?1受迫振动振动的基本形式有三种,自由振动,受迫振动和自激振动.自由振动,是一种依靠弹性系统的弹性力维持的振动;受追振动,是系统在外力的作用下引起的振动;自激振动,其维持振动的力产生于振动本身.根据机器工作情况引起振动的原因有两种,一种是往复式机泵的工作方式引起的流体压力脉动;一种是离心式机泵回转部分的不平衡引起的机械振动.从理论上讲,当一个管线的固有频率同振源的振动频率相同时,就会发生共振现象.在我车问发生振动的管系是注水系统,位于往复泵之后,所以,我们判断,该振动现象属于受追振动,是由于拄

4、复泵的压力脉动引起的2?1-1振动关系公式.IA一振幅;1一管件激振力;M一管系质量;c一,一固有脉冲频率;一外界脉冲频率可以看出,管系振动与管件激振力,脉冲频率有关,管件激振力越大,振动振幅也就越大;管线固有脉冲频率越接近外界i蠢冲额率,振动振幅也就越大.南练科技第6卷l999年第l期从往夏泵的性能特点及管线的结构对该课题进行分析.2?1?2柱塞泵的工作原理柱塞泵的柱塞做往夏运动,液体间断而又不断地吸入和排出,从而完成它的工作过程众所周知,该泵的液流具有一定的际冲性,即流量不均匀.存在压力脉动.以我车问泵105/1为例来看一下压力示功图(图1).PPuPPcPB围1泵105/1示功围ABCD

5、是一个完整的工作过程,B是吸入点,压力为,A是排出点,压力为P,可以看出,在一个做功过程中,压力一直在变化,存在着大小峰值和压力脉动.再看一下单泵使用和两台泵并联使用的流量变化情况(图2,图3).由图2可看出,该曲线在一个冲程中存在着若干个峰点和谷点,造成流量上的脉巾,实质上该曲线为三个单柱塞泵流量的迭加(同单柱塞泵相比之下,该泵更加稳定,脉巾性更小),当两台泵同时使用之后,流量发生了变化,管线流量曲线出现了迭加现象(图3).两台泵并联运行或说是流量的增加,打破了原来管线的承载平衡,已经使泵的固有脉冲频率发生了变化,对出口管系的脉冲频率造成一定的影响,若两泵处于同一工作过程,振幅值相对增大(由

6、Q增至2Q),加深了流量不均匀程度,导致脉冲更加剧烈.由图3可以看出,高峰值和低峰值之间的距离拉大;若两泵不处于同一工作状态,即柱塞错开角度不一样,角频率发生了变化,引起振源频率的变化,对管件的激振产生了影响,同样可引起管线的振动2?2管件,管径对振动的影响当管内流体压力一定的时候.压力的变化不会成为振源.当管内流体压力产生脉动的时候.脉动流体在弯管,异径,阀门等管件处易产生激振力,该类管件越多.管道振动也就越强烈.从装置注水系统来分析:弯营有22处;阀门有17处;三通有7处:异径(大小头)有2处囝2一台泵使用时Q曲线囝3两台泵使用时Q曲线管件是管系中流速和压力降变化明显的地区,如弯头的角度.

7、阀门的开启程度,异径的截面变化等.设计时应考虑到在工艺条件许可的情况下,尽可能的最少.再看注水系统管线设计为DN50,预留流量截面较小由此可见,注水系统的管件比较多,管径又小,由于注水量的增加.流体的脉动发生了变化,在管件处就会引起更大的激振力,导致管线的振动明显起来.所以说,管线的设计相当重要,原来管线是根据临氢降凝工艺要求设计的,只考虑了当时管件的阻力和振动因素,但在现在的生产中,一方面注水量增加,另一方面管线没有随之相应地进行调整,随着流体脉冲程度的增加,导致管件处的激振力发生了变化,成为引起管线振动的又一原因.2?3管架设计管架设计对于振动的影响有两个方面,一是柱塞泵出u管提搬功原因分

8、析及处理方法一张正栋l3管架的支承,管架的支承事实上是影响管系结构频率的重要因素之一.管袈同管道之间的联接应尽量采用刚性连接,要尽量避免使用悬臂式或其它不平衡方棠.在原来的管线设计上,支承的选择就比较不台理.只有3个支承点,且主要的之承点同管线承城心的分布不合理,造成压力分布不均匀(见4)对于一个复杂的管系来说.这是促使振动加剧的因素.第二是管线的空间布置,标高不统一,这里可以结合泵105/1,2和泵105/3之一至注水点间出口管线来看,落差近40cm,而且管线的走向太长(由图4可以看出).加上管件众多,会形成相当的阻力.对注水的流量,流速部有一定的影响.改变了管线振动频率,这也是影响管线振动

9、的因索之一.在生产工艺改变之前未发生振动的原因是脉冲较小,加上设计时有一定的安全裕度.而现在,由于流量增长了l倍,管架设计的不合理也就成了引起振动的重要因素之一.幕1(Is,2雨105,1圉4注水系统空阎走向简闰2?4其它影响因素我们重点参考了注水泵出口出现裂纹期间生产情况,发现解环氢压缩机的运行情况对注水系统管线振动影响也比较大.该装置使用化肥厂氢气生产时,整个系统管线的振动都比较大,注水系统也不铡外,可以说系统营线的振动l起注水系统管线的谐迫振动,导致了管线局部疲劳,并在边缘出现了裂纹现象.3处理方法振动是不可能消除的,根据找出的原因.我们采取了如lF措施.3?1优化管路.扩大管径考虑在1

10、999年度大修中,重新设计管线.扩大原有管径,可采用DN80的无缝钢管,合理配制管件,去掉多余的管件3?2增加支承结构1992年5月.我们在原来支承的基础上,又增加了7个r芷承点,同时考虑到了支承的刚性因素.3?3采用缓振设备采用缓冲罐等,由于空间的影响.不宜使用大型容器,我们在泵出口处,使用了蓄能器.3-31蓄能器的结构爰工作原理简单说来,蓄能器由三个部分组成充气胶囊,器体和连接结构(图5为其结构筒图).其中.充气胶囊是主要的工作部分,其原理是利用气体的可压缩性,将液体能量蓄积.在液流低峰值时释放,起到储能,稳压,补偿,缓冲和消除脉冲的目的.蓄能器的连接方式有两种,螺纹连接和法兰连接.我们车

11、间蓄能器采用的是螺纹连接.首先是定压,打开充气口,充入氮气.压力范围是;90液压系统的最高工作压力>P>25液压系统的最高工作压力我们选择3.0MPa(过高不起作用,过低不工作),因为系统压力为4.0MPa.其次,必须安装在距离泵出口不远处,否则不起效果.我们把它垂直安装于泵的出口管线14南练科技第6卷l999年第1期充气口连接口皮囊瓶悼塞弹簧结囝5蓄能器简囝3?3?2工作情况以泵105/1为例来看一看工作情况柱塞泵做吸人和排出运动,由图1看出当柱塞冲程边到大值时,输出的压力大于充气胺囊的内部压力,液流推动蓄能器的拄塞,在弹簧的作用下,柱塞挤压胶囊,由于气体的可压缩

12、性,造成能量的蓄积.当完成一个冲程时,流量出现了低峰值,由于流量出现了不平衡,产生脉冲液流,此时,充气胶囊的内部压力大于液流压力,充气胶囊发生膨胀作用,把蓄积的能量释放,挤压柱塞返回运动,对液流的能量进行了补偿,低峰值叉回到了高峰值.就这佯,柱塞在反复运动,充气胺囊反复地压缩和膨胀,能量形成蓄积一释放一蓄积这一循环过程.实质上,泵在蓄能器的作用下,其出口流量曲线已经发生了变化,此时的流量曲线不仅仅是两台泵的流量迭加,实际上还包括蓄能器工作曲线的选加(蓄能器的柱塞同泵做相反运动.起能量补偿作用),近似于一条直线.把脉冲减小到小程度,达到了消振,减小脉冲的目的.3?3?3效果三台注水泵加了蓄能器之

13、后.管线的振动现象消失了.管线的维修率降低,同时,注水泵本身得到丁很好的保养.3?3?4特点同其它减振设备相比.蓄能器有它的优越性:(1)结构简单,安装,拆卸方便,清洗也方便;(2)结构小.安装部位灵活,不受空问位咒nI影响;(3)成率低,收效离.4结论管线振动是在化工生产中广泛存在的一币Ir现象,工艺生产条件,管线设计,管架布置是造成管线振动的因素,蓄能器利用其能够蓄能,补偿,缓冲,减振的特点把振动减小到最小程度.延长了设备镑线的睫用寿命.降低了检修率,有效地保证丁安全生产.(承第5页)7结论(1)MP一5005和MP一5007两种金属钝化剂,为水溶性金属钝化剂,两剂不复合混制,可根据装置生产的实际情况按任意比例混合使用,方便了系统的运行.(2)MP-5007对钒有较明显的抑制功效.在平衡剂上重金属含量大致相近的条件下,MP一5007金属饨化剂能够有效地提高催化荆的徽反活性,与不使用任何钝化剂相比,使用这种钝化剂后,催化剂的村j对活性提高了近60.(3)在基本操作条件和附属条件相似的情况下,干气中的氢含量有明显的下降趋势,干气产率也明显下降.轻收,液收均有较明显的提