楊陳博

(中石化洛陽(yáng)工程有限公司，河南 洛陽(yáng) 471003)

往復(fù)式壓縮機(jī)的布置及管道防振設(shè)計(jì)

楊陳博

(中石化洛陽(yáng)工程有限公司，河南 洛陽(yáng) 471003)

往復(fù)式壓縮機(jī)是石油化工裝置中的重要設(shè)備，本文從往復(fù)式壓縮機(jī)的布置，分析往復(fù)式壓縮機(jī)引起管道振動(dòng)的原因，以及管道的防振設(shè)計(jì)，從而解決往復(fù)式壓縮機(jī)管道的振動(dòng)問(wèn)題。

往復(fù)式壓縮機(jī)；設(shè)備布置；管道設(shè)計(jì)；防振

壓縮機(jī)是一種用來(lái)壓縮氣體，借以提高氣體壓力的機(jī)械設(shè)備,是石油化工裝置中重要設(shè)備之一。壓縮機(jī)按照工作原理可分為容積型(容積型包括往復(fù)式、回轉(zhuǎn)式、活塞式、膜片式、液環(huán)式、滑片式、轉(zhuǎn)子式、螺桿式等)和速度型(速度型包括離心式、軸流式、混式等)，其中往復(fù)式壓縮機(jī)是石油化工裝置中常見(jiàn)的設(shè)備，往復(fù)式壓縮機(jī)具有技術(shù)成熟，性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，也存在噪音大，受運(yùn)行特點(diǎn)會(huì)引起管道振動(dòng)等缺點(diǎn)，在裝置大型化的今天，如何在滿(mǎn)足工藝流程的前提下，合理、安全的完成往復(fù)式壓縮機(jī)的布置及其管道的設(shè)計(jì)，將直接影響到裝置的平穩(wěn)、有效的運(yùn)行。

1 壓縮機(jī)的選擇

根據(jù)用戶(hù)的需求，從氣體組分、供氣量、排氣壓力、進(jìn)氣壓力與溫度、排氣溫度及其他方面綜合考慮來(lái)選擇合適的往復(fù)式壓縮機(jī)。

2 壓縮機(jī)的布置

(1) 壓縮機(jī)的布置在滿(mǎn)足工藝要求的前提下，壓縮機(jī)及其附屬設(shè)備的布置應(yīng)滿(mǎn)足制造廠的要求，可以布置在露天、半露天和廠房?jī)?nèi)。

(2)壓縮機(jī)在廠房?jī)?nèi)的布置時(shí)要考慮檢維修和操作的要求，如需在廠房?jī)?nèi)設(shè)置二層樓板時(shí)，則還應(yīng)該考慮在方便樓下檢修車(chē)輛出入的位置設(shè)置吊裝孔。吊裝孔的尺寸應(yīng)能滿(mǎn)足機(jī)組最大尺寸吊裝部件順利進(jìn)出的要求。

(3)比空氣輕的可燃?xì)怏w壓縮機(jī)半敞開(kāi)式或封閉式廠房的頂部用采取通風(fēng)措施，二層樓板宜部分采用鋼格板；比空氣重的可燃?xì)怏w壓縮機(jī)廠房的地面不宜設(shè)地坑或地溝，廠房?jī)?nèi)應(yīng)有防止可燃?xì)怏w積聚的措施

3 往復(fù)式壓縮機(jī)管道振動(dòng)的原因

往復(fù)壓縮機(jī)是氣缸的活塞運(yùn)動(dòng)，其工作特點(diǎn)是吸、排氣流呈間隙性和周期性,進(jìn)出口管道內(nèi)的流體呈脈動(dòng)狀態(tài),使管道內(nèi)氣體參數(shù)形成周期性變化。這種現(xiàn)象稱(chēng)為氣流脈動(dòng)。脈動(dòng)氣流沿管道輸送時(shí),遇到彎頭,三通,大小頭,分支管等元件將產(chǎn)生隨時(shí)間變化的激振力,激振力使管道產(chǎn)生一定的振動(dòng)響應(yīng)。壓力脈動(dòng)越大,管道振動(dòng)的振幅和動(dòng)應(yīng)力越大。強(qiáng)烈的脈動(dòng)氣流會(huì)嚴(yán)重低影響閥門(mén)的正常開(kāi)關(guān),降低工作效率,除此以外,脈動(dòng)氣流引起的管道振動(dòng),會(huì)對(duì)管件造成破壞，從而發(fā)生泄漏，嚴(yán)重的話會(huì)造成火災(zāi)事故。

管道振動(dòng)的第二個(gè)原因是共振.管道內(nèi)氣體構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng),稱(chēng)為氣柱.氣柱本身具有的頻率稱(chēng)為氣柱固有頻率.活塞的往復(fù)式運(yùn)動(dòng)的頻率稱(chēng)為激發(fā)頻率,管道及其組成件組成一個(gè)系統(tǒng),該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本身具有的頻率稱(chēng)為管道機(jī)械固有頻率,在工作上常把(0.8～1.2)f的頻率范圍作為共振區(qū),當(dāng)氣柱固有頻率落在激發(fā)頻率的共振區(qū)內(nèi)時(shí),發(fā)生氣柱共振,產(chǎn)生較大壓力脈動(dòng).管道機(jī)械固有頻率落在激發(fā)頻率的共振區(qū)或氣柱固有頻率的共振區(qū)時(shí),發(fā)生結(jié)構(gòu)共振.因此必須避免發(fā)生氣柱共振及結(jié)構(gòu)的共振。

4 往復(fù)式壓縮機(jī)管道布置

往復(fù)式壓縮機(jī)由于活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)造成流體的脈動(dòng), 使得壓縮機(jī)進(jìn)出口管道產(chǎn)生振動(dòng), 如不加以限制或排除, 易造成機(jī)器的損壞, 管道的破裂,甚至?xí)鹬卮笫鹿?。因此，合理的管道布置顯得尤為重要，往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)出口管道應(yīng)沿地面布置，盡量減少?gòu)濐^的數(shù)量，往復(fù)式壓縮機(jī)的進(jìn)出口管道應(yīng)設(shè)置有坡度，并坡向集合管或者分液罐，管道低點(diǎn)需要加排凝，高點(diǎn)加放空，壓縮機(jī)的管道應(yīng)布置在操作平臺(tái)下，閥門(mén)布置在操作平臺(tái)的兩側(cè)，方便操作及檢維修。

管道中不可避免地存在拐彎、變徑、分支或設(shè)有節(jié)流、啟閉元件等結(jié)構(gòu),這些激振源的存在,產(chǎn)生了激振力。因此管道布置時(shí),在滿(mǎn)足應(yīng)力分析要求的情況下應(yīng)盡量少拐彎,并且拐彎時(shí)盡可能用長(zhǎng)半徑彎頭，切斷閥選用不宜產(chǎn)生渦流的閥門(mén),且不使用變徑管件。這些措施都可有效地降低激振力水平,從而降低振動(dòng)帶來(lái)的危害。

管道內(nèi)的平均壓力p是生產(chǎn)裝置的工藝操作參數(shù),主要取決于工藝操作要求,一般是不宜改變的,但可以通過(guò)局部瞬時(shí)高壓來(lái)降低壓力不均勻度。在壓縮機(jī)出口設(shè)置孔板,當(dāng)壓縮機(jī)排氣時(shí),氣體的流速、流量和壓力由較高值逐漸降低并跨過(guò)吸氣低壓階段直到下次排氣為止,從而達(dá)到降低孔板下流管道內(nèi)介質(zhì)壓力峰值即降低壓力不均勻度的目的。設(shè)置孔板時(shí)還應(yīng)注意,孔徑比宜取0. 43～0. 5,孔板厚度宜取3～5 mm。但設(shè)置孔板也有不利的一面,它會(huì)造成氣體壓力的損失,管路中的任何壓力降對(duì)工藝的操作都是不利的,一般情況下,該壓力降不應(yīng)超過(guò)管路平均壓力的0. 25 %。因此,孔板的應(yīng)用應(yīng)慎重,當(dāng)采取其它措施可以降低管路中的壓力不均勻度時(shí),最好不用孔板。

由于壓縮熱及工藝介質(zhì)本身的溫度而使管道熱脹產(chǎn)生熱應(yīng)力,所以壓縮機(jī)進(jìn)出口管道的熱應(yīng)力問(wèn)題也是不容忽視的。管道如果要用蒸汽吹掃,蒸汽溫度高于介質(zhì)溫度時(shí),應(yīng)按蒸汽溫度考慮管道的柔性。由于出口管道內(nèi)的壓力脈動(dòng)引起的壓力波動(dòng)范圍較大,所以出口管道上不得設(shè)置波形補(bǔ)償器,需自然補(bǔ)償。在管道的振動(dòng)分析和設(shè)計(jì)完成之后,還應(yīng)對(duì)管道進(jìn)行靜應(yīng)力校核,并使由壓力脈動(dòng)和其它載荷產(chǎn)生的綜合一次應(yīng)力不超過(guò)管道的許用應(yīng)力值,對(duì)壓縮機(jī)、緩沖罐、冷凝器、分液罐等設(shè)備的管嘴和支架的推力應(yīng)不大于允許值。

壓縮機(jī)主要工藝管道的分支、拐彎和變徑應(yīng)盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)管件。對(duì)于不宜采用標(biāo)準(zhǔn)管件的地方,如超出三通尺寸范圍的分支處及儀表管嘴處,應(yīng)采取恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)措施,這是因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)處存在應(yīng)力集中,產(chǎn)生的峰值一般較大,且在振動(dòng)情況下遭受的是交變載荷,它將會(huì)很快導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的疲勞破壞。同樣,此類(lèi)管道中不應(yīng)采用螺紋連接。因分支管較小,更易產(chǎn)生振動(dòng),分支管道應(yīng)有適當(dāng)?shù)闹?。放空、排凝及儀表閥門(mén)應(yīng)盡量靠近主管安裝，在管道上，有可能產(chǎn)生積液的位置，應(yīng)采取排凈設(shè)施并加絲堵等防泄漏措施。

5 往復(fù)式壓縮機(jī)管道支架的設(shè)計(jì)

往復(fù)式壓縮機(jī)應(yīng)該采用防振管卡并生根在相應(yīng)的管墩上(如圖 1)，不能使用其他的管托和吊架。防振管卡采用扁鋼來(lái)增加管卡和管道的接觸面積，管卡和管道的接觸面之間使用橡膠板。管道上的儀表分支以及DN≤40的分支管道，要考慮增加支架加強(qiáng)固定。管墩應(yīng)避免生根在壓縮機(jī)的基礎(chǔ)和廠房的梁柱上，用于生根防振支架的管墩必須有足夠的剛度，防振支架的距離要經(jīng)過(guò)管道的固有頻率的分析，避開(kāi)該頻率，防止引起共振。

圖1 往復(fù)式壓縮機(jī)管道支架

管道閥門(mén)的自重改變了管道的載荷平衡, 容易產(chǎn)生振動(dòng), 為防振在閥門(mén)前后均設(shè)置了支架。由于壓縮機(jī)出口管道內(nèi)介質(zhì)被壓縮產(chǎn)生升溫使管道熱脹產(chǎn)生應(yīng)力, 因此在考慮管道振動(dòng)時(shí), 還應(yīng)考慮管道的熱應(yīng)力。

6 結(jié)論

往復(fù)式壓縮機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)會(huì)引起的管道振動(dòng)，在滿(mǎn)足工藝要求前提下，合理的管道布置和防振支架的設(shè)置，可以有效的解決往復(fù)式壓縮機(jī)管道振動(dòng)的問(wèn)題，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的操作及檢修的方便，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

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(本文文獻(xiàn)格式：楊陳博.往復(fù)式壓縮機(jī)的布置及管道防振設(shè)計(jì)[J].山東化工，2016，45(12)：135-136.)

Layout and Piping Vibration-proof Design of the Reciprocating Compressor

Yang Chenbo

(SINOPEC Luoyang Petrochemical Engineering Co.,Ltd., Luoyang 471003,China)

Reciprocating compressor is an important petrochemical plant equipment, this article from the reciprocating compressor arrangement, analyze the reasons causing reciprocating compressor piping vibration and vibration-proof design of the pipe, so as to solve the vibration problem reciprocating compressor pipes .

reciprocating compressor; equipment layout; piping design; Vibration control

2016-04-18

楊陳博(1983—)，工程師，2006年就職于中石化洛陽(yáng)工程有限公司，主要從事管道設(shè)計(jì)的工作。

TH457

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1008-021X(2016)12-0135-02