程玉峰(東華工程科技有限公司,安徽　合肥　230024)

大型往復(fù)式壓縮機(jī)的管道布置和減振探討

程玉峰(東華工程科技有限公司,安徽合肥230024)

近年來(lái)隨著我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，往復(fù)式壓縮機(jī)在其中應(yīng)用愈加廣泛。隨著裝置的規(guī)模越來(lái)越大，對(duì)壓縮機(jī)的管道布置提出了更高的要求，尤其往復(fù)式壓縮機(jī)管道的防振設(shè)計(jì)。本文將結(jié)合新疆某項(xiàng)目CO壓縮工段和置換氣壓縮工段往復(fù)式壓縮機(jī)的管道布置經(jīng)驗(yàn)，探討大氣量往復(fù)式壓縮機(jī)在管道布置和防振設(shè)計(jì)的基本原則和應(yīng)注意的問(wèn)題。

1　往復(fù)式壓縮機(jī)簡(jiǎn)介

1.1往復(fù)式壓縮機(jī)的工作原理

往復(fù)式壓縮機(jī)屬于容積式壓縮機(jī)，工作原理是通過(guò)曲軸連桿機(jī)構(gòu)，將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為氣缸內(nèi)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)減少氣體所占據(jù)的封閉空間的容積，來(lái)提高氣體的壓力。曲軸旋轉(zhuǎn)一周，活塞往復(fù)一次，氣缸內(nèi)相繼實(shí)現(xiàn)膨脹、吸氣、壓縮、排氣的過(guò)程。往復(fù)式壓縮機(jī)具有單機(jī)打氣量小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壓比可以選擇很大、價(jià)格相對(duì)較低等特點(diǎn)。由于往復(fù)機(jī)運(yùn)動(dòng)部件多、易損件多，一般都有備機(jī)。

1.2往復(fù)式壓縮機(jī)的系統(tǒng)組成

往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)一般包含四個(gè)子系統(tǒng)：工藝氣系統(tǒng)、油路系統(tǒng)、密封系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，如果是透平驅(qū)動(dòng)還有蒸汽冷凝液系統(tǒng)。氣路系統(tǒng)作為主系統(tǒng)完成對(duì)氣體的加壓。冷卻系統(tǒng)又分為冷卻氣缸、填料的脫鹽水循環(huán)系統(tǒng)和冷卻各級(jí)換熱器及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。油路系統(tǒng)主要是對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行潤(rùn)滑，減輕摩擦，并帶走摩擦產(chǎn)生的熱量。密封系統(tǒng)采用氮?dú)膺M(jìn)行密封，以防止軸封處氣體外泄。

1.3往復(fù)式壓縮機(jī)管道系統(tǒng)的特點(diǎn)

往復(fù)式壓縮機(jī)在吸氣和排氣的過(guò)程中呈周期性和間歇性的動(dòng)作，使得管道內(nèi)氣流的壓力、流速和密度等參數(shù)都隨著位置和時(shí)間作周期性變化，這種現(xiàn)象稱為氣流脈動(dòng)［1］。脈動(dòng)的氣流遇到彎頭、三通、異徑管、閥門(mén)等管道件后，將產(chǎn)生隨時(shí)間變化的激振力，受此激振力的作用，管道系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)。由于壓力脈動(dòng)始終存在，管道系統(tǒng)在允許的范圍內(nèi)存在一定程度的振動(dòng)是正常現(xiàn)象，但應(yīng)該避免劇烈的振動(dòng)。

2　往復(fù)式壓縮機(jī)的管道布置

往復(fù)式壓縮機(jī)管道布置首先應(yīng)符合工藝及設(shè)備制造商的流程要求，應(yīng)做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。其次還要保證安裝、操作與檢修方便，尤其要注意留出氣缸、冷卻器的抽芯空間，壓縮機(jī)附近管道要整齊美觀。

根據(jù)往復(fù)式壓縮機(jī)的工藝特點(diǎn)，分區(qū)布置工藝氣管道、潤(rùn)滑油管道、氮?dú)饷芊夤艿篮屠鋮s水管道。工藝氣管道的布置是壓縮機(jī)管道布置的重點(diǎn)和難點(diǎn)。冷卻水管道的布置則關(guān)系到系統(tǒng)的美觀，尤其是冷卻氣缸的脫鹽水管道，由于管道較多且各級(jí)氣缸之間的間距有限，為了確保操作、觀察和檢修方便，盡量將各級(jí)氣缸的脫鹽水管道統(tǒng)一引到氣缸外側(cè)，成排布置。潤(rùn)滑油管道和氮?dú)饷芊夤艿赖墓軓捷^小，布置相對(duì)簡(jiǎn)單，但需避免管道的碰撞和方便閥門(mén)的操作。

3　往復(fù)式壓縮機(jī)工藝氣管道的防振設(shè)計(jì)

在往復(fù)式壓縮機(jī)管道布置中，如何降低工藝氣管路的振動(dòng)一直是設(shè)計(jì)人員十分關(guān)注的問(wèn)題，因?yàn)楣艿老到y(tǒng)的劇烈振動(dòng)，會(huì)造成管道及其附件的松動(dòng)、疲勞、破裂，輕則發(fā)生泄漏，重則造成火災(zāi)、爆炸等嚴(yán)重事故。

管道的劇烈振動(dòng)有兩方面的有原因：一是管道內(nèi)氣柱的壓力脈動(dòng)，二是管道系統(tǒng)的共振。共振又可分為氣柱共振和機(jī)械共振。當(dāng)激發(fā)頻率與某一階氣柱自振頻率相重合時(shí)，氣柱振動(dòng)系統(tǒng)將產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)響應(yīng)，壓力脈動(dòng)幅值達(dá)最大，此為氣柱共振。管道系統(tǒng)本身就是一個(gè)連續(xù)彈性體，存在結(jié)構(gòu)固有頻率，當(dāng)壓力脈動(dòng)的激振力頻率與管道結(jié)構(gòu)固有頻率相近時(shí)，管道產(chǎn)生機(jī)械共振［2］。

3.1消減氣柱的壓力脈動(dòng)

調(diào)整氣柱固有頻率、設(shè)置孔板和緩沖罐等可以有效減小氣柱的壓力脈動(dòng)。調(diào)整氣柱的固有頻率不僅涉及到管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還涉及到緩沖器的尺寸和位置等。其中，設(shè)置壓縮機(jī)進(jìn)、出口緩沖罐被認(rèn)為是最簡(jiǎn)單、有效的減緩氣流脈動(dòng)的措施。進(jìn)、出口緩沖罐盡量與氣缸直連，氣體經(jīng)過(guò)緩沖罐后壓力脈動(dòng)明顯下降。設(shè)置孔板的目的主要是降低壓力的不均勻度，通常設(shè)置在壓縮機(jī)出口處，但實(shí)踐中較少采用這種措施，因?yàn)榭装鍟?huì)增加系統(tǒng)阻力，造成氣體的壓力損失，而管路中的任何壓力降對(duì)工藝的操作都是不利的。

3.2調(diào)整管系固有頻率

控制管道的劇烈振動(dòng)的有效途徑是改變管系的結(jié)構(gòu)固有頻率，避免發(fā)生機(jī)械共振，而管系的固有頻率的改變可以通過(guò)優(yōu)化管道走向、調(diào)整管支架型式、數(shù)量和位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

首先，要優(yōu)化管道走向。壓縮機(jī)進(jìn)出口管道應(yīng)盡可能的用直管，且直管段不宜過(guò)長(zhǎng)，去往冷卻器和分離罐的管道要短而直，少用彎頭，且管件盡量使用標(biāo)準(zhǔn)管件，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)管件強(qiáng)度較強(qiáng)，如彎頭盡可能使用長(zhǎng)半徑彎頭或45°彎頭。其次，合理設(shè)置管道支架。對(duì)工藝氣管道系統(tǒng)的氣流脈動(dòng)進(jìn)行聲學(xué)模擬分析可以幫助我們確定管道支座的型式、位置及數(shù)量，將管道振動(dòng)控制在合理范圍內(nèi)。支架一般采用防振管卡，管卡與管道之間可以墊木塊、聚四氟乙烯板或石棉橡膠板，保證管道與管卡充分接觸。此外，防振管卡的支架不能支撐在廠房的基礎(chǔ)、樓板、平臺(tái)和設(shè)備上，必須是獨(dú)立支撐，盡量落地生根。在調(diào)節(jié)閥組、安全閥組等集中質(zhì)量處，應(yīng)增加支架數(shù)量，支架形式也應(yīng)是防振關(guān)卡。

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)的管道系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用合理的減振措施，保證了該項(xiàng)目三臺(tái)CO壓縮機(jī)和三臺(tái)置換氣壓縮機(jī)均一次開(kāi)車(chē)成功，目前運(yùn)行平穩(wěn)。實(shí)踐證明，做好往復(fù)式壓縮機(jī)的管道布置，需要綜合考慮各種因素，通過(guò)合理的布局和不斷優(yōu)化為壓縮機(jī)的安全、可靠、平穩(wěn)運(yùn)行創(chuàng)造良好的條件。

［1］徐臣華.往復(fù)式壓縮機(jī)的管道布置及防振措施［J］.化工設(shè)備與管道2008，45（5）：51～54.

［2］郁永章主編.容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000，10.