（中石化洛陽工程有限公司配管室，河南 洛陽 471003）

離心式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)淺析

蔣 波

（中石化洛陽工程有限公司配管室，河南 洛陽 471003）

轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械是石油煉化裝置中不可或缺的能量轉(zhuǎn)化設(shè)備，在各種煉化裝置中具有核心的、不可動(dòng)搖的地位。但由于其設(shè)備的特殊性，在對其進(jìn)行附屬管道設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合多方面的因素，保證設(shè)備、管道的安全、經(jīng)濟(jì)。

管道布置；離心式壓縮機(jī)；蒸汽輪機(jī)；應(yīng)力評定

壓縮機(jī)是輸送氣體和提高氣體壓力的一種從動(dòng)的流體機(jī)械；壓縮機(jī)按照結(jié)構(gòu)可分為速度式和容積式；速度式主要有離心式和軸流式兩種基本型式；其中離心式壓縮機(jī)在石油煉化行業(yè)中被廣泛應(yīng)用。離心式壓縮機(jī)及其驅(qū)動(dòng)用蒸汽輪機(jī)的設(shè)備及管道布置有以下幾個(gè)要點(diǎn)：

一、離心式壓縮機(jī)的設(shè)備布置及廠房（棚）布置

進(jìn)出口都在壓縮機(jī)下方的大型壓縮機(jī)或壓縮機(jī)組，宜采用雙層布置，比較重要的設(shè)備設(shè)置在上層，附屬設(shè)備及管工藝道設(shè)置在下層，層間距應(yīng)滿足制造廠的要求，一般情況下應(yīng)大于或等于4m。

若壓縮機(jī)的動(dòng)力來源是凝汽式汽輪機(jī)，該離心式壓縮機(jī)宜采用雙層布置，在汽輪機(jī)排汽口的正下方布置凝汽器，并把凝結(jié)水泵靠近凝汽器布置，且其標(biāo)高應(yīng)能滿足水泵安全運(yùn)行所需的吸入高度的要求。若壓縮機(jī)由背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，蒸汽透平的汽封冷卻器應(yīng)盡可能的靠近機(jī)組本體。

若采用雙層布置，壓縮機(jī)檢修將在二層平臺上進(jìn)行。檢修區(qū)域應(yīng)能滿足檢修空間及最大檢修件的放置要求，以放置檢修件后能進(jìn)行檢修作業(yè)為準(zhǔn)。若有多臺機(jī)組，其檢修區(qū)域可互相共用。二層平臺上應(yīng)設(shè)置吊裝孔，吊裝孔宜布置在廠房一角或兩機(jī)組間一側(cè)，地面層應(yīng)設(shè)置車行通道。吊裝孔尺寸應(yīng)以考慮吊車死點(diǎn)位置后，機(jī)組最大尺寸檢修部件能順利通過為準(zhǔn)。

由于壓縮機(jī)主軸就位、電機(jī)抽芯等操作的靈活、正確、不損壞機(jī)件等因素，吊車軌頂?shù)奈恢靡C合考慮。其標(biāo)高由機(jī)組的運(yùn)行、檢修、安裝所需的起吊高度決定，吊車主鉤距操作層的最大高度應(yīng)大于壓縮機(jī)制造廠所規(guī)定的機(jī)組最小起吊高度。

壓縮機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)與廠房基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)相互脫開，也應(yīng)與附屬設(shè)備基礎(chǔ)分開。應(yīng)根據(jù)和壓縮機(jī)相連的工藝管道直管段要求、潤滑油站高度及廠房外管架的層高要求來確定，若壓縮機(jī)帶有中間（級間）冷卻器或由凝汽式蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，還應(yīng)綜合考慮各冷卻器與冷凝器的安裝高度。

潤滑油站宜布置在一層回油總管側(cè)，并靠近回油總管的低端。對于帶有管殼式冷油器的潤滑油站需考慮其管束的檢修抽出空間。高位油箱應(yīng)按機(jī)組特性要求的高差布置（一般為高出機(jī)組中心線6m），宜布置在廠房兩端吊車死區(qū)。

二、離心式壓縮機(jī)的工藝管道的設(shè)計(jì)

離心式壓縮機(jī)分垂直剖分式與水平剖分式。垂直剖分式壓縮機(jī)前端不宜布置管道或其它障礙物；水平剖分式壓縮機(jī)上部不宜布置管道或其它障礙物，若因特殊情況，必須在相應(yīng)位置布置管道時(shí)，應(yīng)采用法蘭連接，以便拆卸。如果附屬管道需要支撐，支架生根的基礎(chǔ)應(yīng)

不妨礙吊裝或可拆卸。

離心式壓縮機(jī)入口管道上應(yīng)設(shè)置臨時(shí)過濾器，該過濾器應(yīng)便于拆卸，一般安裝在靠近壓縮機(jī)管口的位置。在布置管線時(shí)，為防止進(jìn)氣流相不問引起機(jī)組或管線振動(dòng)，不宜用彎頭直接與入口配對法蘭連接，一般要設(shè)置3～5倍DN的直管段，以達(dá)到整流的效果。

兩臺以上主風(fēng)機(jī)出口管道并聯(lián)或切換操作時(shí)，不可避免的會有氣流頂撞的現(xiàn)象存在。為避免由此現(xiàn)象引起的壓力損失，在兩路管道連接時(shí)，應(yīng)順介質(zhì)流向45°斜接。事故狀況下，催化劑可能會倒流到主風(fēng)機(jī)管線內(nèi)，因此應(yīng)在主風(fēng)機(jī)出口管線上設(shè)置阻尼單向閥，該閥應(yīng)盡量靠近輔助燃燒室，使催化劑倒流的危害減小到最小。

可燃?xì)怏w壓縮機(jī)反飛動(dòng)泄放應(yīng)采取密閉循環(huán)方式，并設(shè)置在合理的位置。主風(fēng)機(jī)吸入口與反喘振放空口的間距應(yīng)盡量遠(yuǎn)。為防止噪聲污染及熱風(fēng)循環(huán)，放空口應(yīng)設(shè)置放空消音器，并將管線引至主風(fēng)機(jī)廠房頂部，且放空消音器應(yīng)高于主風(fēng)吸入口。

可燃?xì)怏w壓縮機(jī)應(yīng)有供開停工使用的惰性氣體置換設(shè)施，惰性氣體入口接至壓縮機(jī)入口管切斷閥后，靠近閥門布置，以減小死區(qū)。

三、離心式壓縮機(jī)的潤滑油管道設(shè)計(jì)

1 所有潤滑油管道、管件、閥門等的材質(zhì)均應(yīng)選用奧氏體不銹鋼。

2 潤滑油管道，管子及管道附件均應(yīng)選用對焊型式。

3 潤滑油管道不得與蒸汽管道或其它高溫管道相鄰布置，交叉布置時(shí)，凈空不得小于200mm。

4 供、回油總管應(yīng)分別布置在靠近在機(jī)組的兩側(cè)，供油主管布置在壓縮機(jī)基礎(chǔ)上，回油主管布置在二層樓板下的基礎(chǔ)邊緣上。

5 高位油箱與機(jī)組供油總管相接的管道應(yīng)短而直。不宜出現(xiàn)“U”形配管。

6 回油管道的設(shè)計(jì)還滿足下列要求：

6.1 回油總管應(yīng)以≥4%的坡度坡向油箱，回油管道不得出現(xiàn)“U”形配管。

6.2 回油支管與回油總管應(yīng)采用法蘭聯(lián)接，各回油支管應(yīng)在易于觀察的部位設(shè)置示境。

6.3 回油管道不得設(shè)置閥門。

7 潤滑油管道應(yīng)分段用法蘭聯(lián)接，應(yīng)根據(jù)酸洗設(shè)施的大小確定每段管段的空間尺寸，管道預(yù)制完畢后進(jìn)行現(xiàn)場試組裝，確認(rèn)無誤后應(yīng)進(jìn)行酸洗、鈍化處理，然后回裝。

四、蒸汽輪機(jī)的配管要點(diǎn)

蒸汽輪機(jī)利用系統(tǒng)中多余的熱能量進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換成為機(jī)械能，進(jìn)而推動(dòng)各種轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行做工，能量轉(zhuǎn)換的目的，又稱蒸汽透平。凝氣式蒸汽輪機(jī)由于其出口管線較大，制造廠一般設(shè)置分液罐及膨脹節(jié)。一般由機(jī)械專業(yè)選擇汽輪機(jī)的類型，來調(diào)節(jié)全場的蒸汽平衡。

蒸汽輪機(jī)出入口管線應(yīng)以可以自然補(bǔ)償管道自身熱膨脹及機(jī)體附加位移為原則，以吸收管系的熱脹量和汽輪機(jī)入口管咀的附加位移量。由于溫度較高且管嘴受力苛刻，需對其進(jìn)行詳細(xì)的管道柔性分析計(jì)算。而且由于其校核方式的特殊性，蒸汽輪機(jī)的出入口管線需要合并在一起計(jì)算。

蒸汽汽輪機(jī)出入口管道在靠近蒸汽輪機(jī)出入口處宜設(shè)限位支架，以阻止外部推力影響機(jī)械管嘴；且應(yīng)在適當(dāng)設(shè)置彈簧支吊架，避免使用剛性支吊架抑制管線的熱膨脹，減小設(shè)備管嘴的熱漲反力。為減小管嘴所受到的水平力，可采用低摩擦系數(shù)支架（聚四氟乙烯支架、滾動(dòng)支架等）。

入口蒸汽管道上的切斷閥前后應(yīng)設(shè)預(yù)熱和平衡壓力的旁路線，旁路線的直徑應(yīng)根據(jù)入口線管徑適當(dāng)放大。入口管道主汽門前的放空管道應(yīng)引至廠房外，并應(yīng)選擇安全的放空位置。由于該管線平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，因此管道應(yīng)力分析計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮放空及不放空兩種情況下對汽輪機(jī)管嘴受力的影響。必要時(shí)可優(yōu)化該管線的走向，使其對壓縮機(jī)管嘴的影響盡量小。

靠近汽輪機(jī)進(jìn)口法蘭的管道上應(yīng)設(shè)置一段可拆卸的帶法蘭的短節(jié)，以便在試運(yùn)前安裝吹掃打靶用的臨時(shí)管，為拆卸該短接方便，該拆卸法蘭不宜與進(jìn)口法蘭在同一直線上。

五、應(yīng)力分析與應(yīng)力評定

轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械如汽輪機(jī)、煙氣輪機(jī)、離心泵等設(shè)備，由于其轉(zhuǎn)速高、殼壁薄，因此其管嘴允許受力比較小。若管道施加在機(jī)械管口的受力過大，將會造成殼體變形、轉(zhuǎn)動(dòng)軸對中度產(chǎn)生偏差、定子轉(zhuǎn)子之間的間隙改變，造成機(jī)械破壞與磨損、震動(dòng)。因此離心式壓縮機(jī)及汽輪機(jī)的管嘴受力在API617及NEMA SM-23中有明確的規(guī)定。NEMA SM-23規(guī)定如下：

1作用于任一管口上的合力及合力矩應(yīng)滿足以下要求：

0.9144 FR+MR≤26.689De

2進(jìn)汽口、抽汽口和排汽口上的力和力矩合成到排汽口中心處的合力及合力矩應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件：

（1）合力和合力矩應(yīng)滿足以下條件：

0.6096 Fc+MC ≤13.345DC 式中：

（2） FC和MC在X、Y、Z三個(gè)方向的分力和分力矩應(yīng)滿足以下條件：

|Fcx| ≤8.756Dc

|Fcx| ≤13.345Dc

|Fcy| ≤21.891Dc

|Fcy| ≤6.672Dc

|Fcz| ≤17.513Dc

|Fcz| ≤6.672Dc

根據(jù)API617標(biāo)準(zhǔn)校核公式可以看出，管嘴受力F的系數(shù)小于1，在校核公式中占得比例較小。因此在管道設(shè)計(jì)中，應(yīng)以盡量減少管嘴力矩為主要方向。當(dāng)然，力與力矩存在轉(zhuǎn)化關(guān)系，譬如在考慮綜合受力時(shí)，出（入）口受力要往入（出）口合成，對于管口較大的的壓縮機(jī)，進(jìn)出口之間距離L往往在1m以上，由于力矩M=FxL，此時(shí)力F的比重又開始占據(jù)了主導(dǎo)因素。所以布置管線不但要考慮減收力矩對壓縮機(jī)管口的影響，也要設(shè)置必要的限位支架控制各個(gè)方向的水平力。垂直方向的力可以通過調(diào)整彈簧荷載的方式予以解決。

另外，在對壓縮機(jī)管線進(jìn)行綜合受力評定時(shí)，由于力與力矩的矢量性，可以適當(dāng)調(diào)整管線的走向或限位位置及限位形式，使壓縮機(jī)進(jìn)出口管嘴受力（及折算力矩）的方向相反，這樣在綜合受力評定時(shí)，可以起到事半功倍的效果。

離心式壓縮機(jī)的受力校核標(biāo)準(zhǔn)大致原則與計(jì)算方法跟蒸汽輪機(jī)基本相同，綜合受力校核原則都是把其余管口的受力及力矩折合到最大管口，再進(jìn)行數(shù)據(jù)校核，區(qū)別只在于API617的允許數(shù)據(jù)是NEMA SM-23的1.85倍。因此在用軟件對壓縮機(jī)進(jìn)行校核時(shí)，若軟件提供的進(jìn)出口個(gè)數(shù)不足，可以用NEMA SM-23校核程序進(jìn)行校核，把前面的比例因子改為1.85即可。

NEMA SM-23、API617等標(biāo)準(zhǔn)中的允許受力限制非常嚴(yán)格，在管道設(shè)計(jì)和應(yīng)力分析中一般都很難滿足這個(gè)要求，因此，在機(jī)組定貨協(xié)議和前期審查階段應(yīng)要求制造廠適當(dāng)放寬限制。

[1]張德姜．石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊[M]．北京：中國石化出版社,2009．

[2]唐永進(jìn)．壓力管道應(yīng)力分析（第二版）[M]．北京：中國石化出版社，2009．

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