柱塞式计量泵出口管道振动大原因分析及改进

王海兰，王雁玉，姚燕平

（国家管网集团西南管道有限责任公司南宁输油气分公司，广西南宁 530022）

0 引言

管道振动问题是石油、化工行业长期存在的一种常见现象，在泵机组的转动和流动介质中，机械振动不可避免。长期的管道振动会严重影响管道上的阀门、管件的松动损坏，甚至引发连接的设备振动和损坏[1-3]。直接影响管道及其设备的安全运行和操作人员的人身安全。

管道振动直接反映了与其连接设备的性能及运行情况，研究表明，引发管道振动的因素是多方面的，究其原因在于机组的操作、安装、设计及现场运行等方面。以某成品油站场柱塞式计量泵出口管道振动大为例，分析管道振动过大的原因，并据此提出改进措施。

1 事件概述

某成品油站场主要输送0#柴油和92#汽油，站场掺混系统配套两台国产柱塞式计量泵，此站场产生的混油只能实现在线回掺，两台计量泵采用一用一备的运行模式，切换方式为手动。计量泵及配套进出口管道基本信息见表1。

表1 2 台计量泵及配套管路基本信息

2020 年7 月，在进行混油切割时，站场人员发现计量泵出口管道振动较大，呈上下振动。为调整现场振动情况，站场人员先后采取调整掺混比例、掺混量、切换至另外一台计量泵、同时启动两台计量泵进行掺混作业等多种措施，仍出现泵出口管道振动过大现象。现场单台掺混泵排量2000 L/h，但运行过程中，因振动原因，实际掺混流量单台泵最大只能达到1000 L/h。原有现场掺混工艺流程如图1所示。

图1 原有掺混工艺流程

2 原因分析

根据现场调研及测试，将计量泵进出口管线拆除，单独启泵，技术人员使用VC63 便携式数字测振仪对两台计量泵本体振动值进行测量，振动速度在0.7 mm/s 左右，振动值较小。而连接管线后启泵测试，泵出口管道呈上下振动，振动速度高达45 mm/s 左右，超过允许振动速度15 mm/s。根据测试结果，排除计量泵本体振动大因素。分析造成计量泵出口管道振动较大的原因主要有以下两个方面：

2.1 泵出口管道管径小

现场泵配套出口管道管径为Φ27×3 mm，管径较小。经分析，泵出口管径小时会导致泵排出冲程中出现过大的压力损失。且同等流量下，管径越小，管道端口接收到的速度激发就越大，流速就越大，而管道内流体流速过快会产生湍流边界层分离形成涡流，引起管道振动[4]。

2.2 系统冲击

现场调研时发现，计量泵出口直接连接单向阀，管线上未设置脉动缓冲器和背压阀，现场进行掺混作业时，流量脉动无设备设施进行缓冲，导致介质流量脉动较大，对出口管道系统造成大的冲击，使泵出口管道产生较大振动。

3 改进措施

针对现场发现的情况，提出并实施以下改进措施：

（1）增大泵配套出口管道管径。在管道管材和走管方式不变的情况下，适当增大泵出口管道管径，从而使管道的横截面积加大，管路的横截面面积增大可以减小管路的应力[5]，从而减小管道的压力脉动，使之不产生谐振。根据输油管道工程设计规范中，输油管道管壁厚度计算及管道附件的结构设计计算：

式中 δ——直管段钢管计算壁厚，mm

P——设计内压力，MPa

D——钢管外直径，mm

[σ]——钢管许用应力，MPa

据现场实际计算后，将出口管道管径增大为Φ60×3.5 mm。新采购的管材应注意内表面应光滑平整，无龟裂、分层、针孔、杂质、贫胶区及气泡，管端面应平齐、无毛刺，管外表面无明显缺陷。

（2）在泵出口设置脉动阻尼器。从计量泵出来的脉动流体先进入脉动阻尼器，阻尼器可起到稳定管道流体压力和流量的作用，对流量脉动造成的系统冲击进行削减，以减缓管路振动，降低噪声，提高管路的安全性[6]。

（3）在出口管道单向阀前设置背压阀。在管道压力不稳定的情况下，背压阀可以保持管道需要的压力，使计量泵输出正常的流量。同时背压阀配合脉动阻尼器使用，可以减小水锤对管道系统造成的危害，保护管道系统不受压力波动带来的冲击。

现场改进完成后，对站场掺混工艺进行启动测试，计量泵出口管道振动较小，振动速度为1.2 mm/s 左右。改进后的现场工艺流程如图2 所示。

图2 改进后掺混工艺流程

4 改进注意事项

（1）改造施工前，要进行施工组织设计，严格按照管理规定和施工组织设计进行施工，同时施工前应进行施工安全措施交底、进行安全教育，意外事项防范和安全撤离教育等。

（2）管道焊接前需进行焊接工艺评定，施工严格遵照焊接工艺评定参数执行。管道焊接应严格执行国家相关标准要求，在以下环境下，如果不采取有效的防护措施，不得进行焊接：雨天或雪天；风速超过8 m/s；大气相对湿度超过80%。

（3）管道焊接后的焊缝进行100%外观检查，外观检查合格后进行100%超声波检测和100%射线检测，超声波检查II 级合格，射线检测II 级合格。

（4）管道焊口防腐与原管道防腐方式保持一致，一般采用环氧富锌底漆+环氧云铁中间漆+氟碳面漆进行防腐。

改进后的现场布置如图3 所示。

图3 改进后现场布置

5 结束语

管道振动是石油石化场站常见问题，需要根据现场实际问题进行具体分析。对柱塞式计量泵出口管道振动大工程案例进行分析，确定泵出口管道管径小、系统冲击大是造成管道振动过大的主要原因。通过改进泵出口管道管径、增加脉动阻尼器和背压阀等有效措施，提高了计量泵出口管道运行的稳定性和可靠性。