引言：钢铁企业生产期间，管道属于物料输送核心设备，在生产环节管道出现强烈振动问题的时候，会导致其出现松动和磨损，配件、管道连接受到影响，管道与悬挂之间出现疲劳破裂。由于振动会产生交替应力，使管道直到受损。所以，在加热炉管道设计过程，必须要考虑管道振动原因，利用科学方式对于振动原因进行合理分析，才能选择有效的减振措施，辅助生产过程顺利进行。
一、加热炉管道振动问题原因分析
管道振动类型相对较多，包括自由振动、强迫振动以及自激振动。自由振动主要是管道系统受到激振力脱离平衡状态，因为系统有阻尼存在，所以振动也会逐渐缩减，产生的危害性相对较小。强迫振动主要是管道系统受到外界作用力影响而出现的振动情况。自激振动就是系统受到本身激振作用而产生的振动力，依靠外部系统补充能量，如喘振就是自激振动的典型方式。按照振动理论，管道、连接设备和支架等共同组成复杂机械结构，受到管道系统的固有特性和激振力等因素影响，管道振动情况极有可能发生，如外输泵，两相流、喘振、流体压力、流体激振力等影响因素[1]。
（一）外输泵影响
如果离心泵激发频率远高于管线的振动频率，加热炉的管线振动过程当中，泵后汇管未发生振动情况，泵后管线进入加热炉以前，有部分管段路过埋地管，此时可以控制振动传向加热炉。初步排除振动问题是由泵激振而产生，导致加热炉的入口管出现共振或者受迫振动情况。
（二）两相流影响
所谓两相流动指的是气体和液体混合的同时存在相间界面流动情况。由于两相流动，导致管道容易产生振动问题，振动严重时还可导致管道开裂或者法兰泄漏这类安全问题。管道内部压力固定，输送介质的时候，会对管道内壁产生冲力或者压力。气相、液相共同流动，且流动参数稳定性不足，会导致压力、冲力发生动态变化，产生外力，激发管道出现振动问题。当加热管线处于输油泵后方时，运行压力3MPa，加热炉的出口温度达到50℃，要远远低于原油气化所需温度，所以介质气化的问题不存在，在操作期间，需要注意对加热炉的进出口阀门打开程度进行控制，保证加热炉的开启数量，使其在工况允许条件下运行，预防两相流问题导致管道振动。
（三）喘振因素影响
当加热炉管道连续输送稳定介质时，管道当中阀门开启到特定位置，导致流量达到特定值以后，管道流体、阀门、管道系统等之间产生强烈作用，使得管道生产过程振动幅度大，振动频率低，因为振动剧烈，所以产生的安全危险性高。通常而言，小流量生产环境下，喘振问题容易出现，具体操作阶段，需要对旁通阀、加热炉的进出口阀门开度有效控制，预防管道喘振情况发生。将以上操作作为喘振因素导致管道振动故障的排除方法之一。
（四）流体激振力因素影响
管道内部介质流道如果突然变化，引发泵出口的压力脉动，使得阀门和管件等位置产生不平衡力。当介质压力、介质流量逐渐增加的时候，振动强度随之增大，但是管道系统的振动频率并不会跟随平衡力变化逐渐变化。若平衡力强度弱，则会导致管道系统受到外部激振力影响出现振动。当不平衡力变化频率接近管道系统固有频率的时候，管道系统共振情况才会发生。阀门管件处于特定条件下，不平衡力的大小可能受到介质压力、阀门开度以及介质流量等多种因素影响，不平力的变化频率还会随流体流态而变化。具体分析，流体流态影响因素相对复杂，除了工况参数以外，还可能存在突发因素[2]。
二、加热炉管道振动问题的减振处理
（一）将气流脉动削减
未为了控制由于气流脉动引发的结构共振问题，可以通过观察，判断往复式压缩机的出口位置缓冲罐是否能够正常发挥作用，还可以选择合适位置，安装阻力元件，对于离心泵偏心问题进行排查，采取改造措施，将其气流脉动问题削减。
（二）添加管道约束
加热炉的出口管线存在弹簧支撑、导向支撑等约束点，管道在水平方向无约束，因此自由程度较高。为了控制振动问题，将机载荷载产生的影响消除，在满足现有结构安全运行前提之下，可选择适当位置来添加约束。
（三）使用阻尼器
在加热炉管道系统安装过程，合理利用阻尼器来提供阻力，能够将运动能量耗减，从而实现减振效果。因为加热炉管线运行阶段、可能产生热膨胀问题，将固定约束添加其中，可能导致局部应力过大，所以，可以选择适当的位置安装阻尼器，以控制管道振动问题。注意阻尼器设置，其最大位移为3mm，活塞行程在60mm以上，防止停工过程管道的变形量过大，导致阻尼器受到破坏。在阻尼器安装过程，要将管道焊缝、弯头等位置避开，根据实际情况灵活调整。
（四）控制管道压力脉动
对于加热炉的管道流动压力，是保持原有管道安装方式前提下，改变加热炉的前后阀门，变为水平方式安装，使汇管、支管之间利用弯头（45°）连接。与此同时，还要对加热炉管线进行改进，在立管上安装导向架，以此控制管道内部压力脉动。经过改造后，选择不同位置进行运动分析，频率为6.266Hz的位置，固有频率39.37rad/s，周期0.16s；频率19.645Hz位置，固有频率123.431rad/s，周期0.051s；频率22.595Hzq位置，固有频率141.967rad/s，周期0.044s；频率为27.729Hz位置，固有频率174.227rad/s，周期0.036s；频率33.275Hz位置，固有频率209.072rad/s，周期0.03s。
（五）调整管道固有频率
对于管道的固有频率进行调整，需要对加热炉管系统结构采取全方位改造。转变加热炉汇管安装方式，从原有地上安装，变为地下安装，汇管炉旁通阀门超过地面，在立管上安装加热炉的进口阀和出口阀，尽可能控制加热炉的进出管线弯头数量，立管使用导向架安装。调整以后，频率为23.356Hz位置，固有频率146.747rad/s，周期0.043s；频率为49.407Hz位置，固有频率310.433rad/s，周期0.02s。对于结构展开静力分析，结果显示管系与应力校核的要求相符，焊接热炉进出口和管线，不会导致法兰泄漏。对于加热炉到采取改造加工，能够有效改善其振动问题[3]。
结束语：综上分析，钢铁企业生产流程复杂，加热炉的管道振动原因也相对较多，因此，需要管理者将各类导致管道振动的原因综合考虑，科学处理。为控制管道振动，可以增加支撑点，或对管道采取加固处理，提高管道系统整体刚度，将振动特征更改。但是，选择强固支撑不可将压力脉冲产生激振力改变，导致管道加固一段时间以后，又会出现重新振动情况。为了缓解这一矛盾。可从管道设计方面入手，对于管道系统固有频率进行控制，保证最低固有频率在4Hz以上，并将管道的结构参数进行修改，将其固有频率改变，控制管道弯头数量，将转角角度增加，对于支撑位置和刚度进行调整，选择管道减震器等多种方式，降低加热炉管道振动问题发生概率。
参考文献：
[1]谢燕媚,仝保田,任兴杰,唐帅,段权.蜡油加氢装置加热炉炉管振动分析[J].石油化工设备,2021,50(06):69-72.
[2]项靖海,王玉曌,段权,张进.加热炉管道振动分析与减振处理[J].化工机械,2018,45(06):725-726+751.
[3]徐仁军,曹马林,史蓓君,刘麟.基于动力学特性的管道系统振动分析与控制[J].化工机械,2015,42(02):278-281.
