李研(中油遼河工程有限公司， 遼寧 盤錦 124010)

天然氣離心式壓縮機(jī)組應(yīng)力分析方法

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離心式壓縮機(jī)是長輸管道的核心設(shè)備，為保證壓縮機(jī)的正常運(yùn)行，需對壓縮機(jī)組管線進(jìn)行應(yīng)力分析。西氣東輸三線項(xiàng)目采用CAESAR Ⅱ軟件對壓縮機(jī)組進(jìn)行管口應(yīng)力分析，文中介紹了應(yīng)力分析時(shí)需要注意的問題和建模時(shí)的技巧、方法。

CAESAR Ⅱ；離心式壓縮機(jī)；應(yīng)力

西氣東輸三線天然氣管道西段(霍爾果斯～中衛(wèi))工程干線起于新疆霍爾果斯，止于寧夏中衛(wèi)，線路全長2445km，設(shè)計(jì)輸量300×108m3/a，管徑1219mm，設(shè)計(jì)壓力12MPa。共設(shè)置12座中間壓氣站，共47臺壓縮機(jī)。壓縮機(jī)為長輸管線的核心，因此壓縮機(jī)組管線的平穩(wěn)運(yùn)行是保證4000km長輸管線安全運(yùn)行的前提。

1 離心式壓縮機(jī)應(yīng)力分析依據(jù)

離心式壓縮機(jī)組管線的應(yīng)力分析主要為一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和壓縮機(jī)管口荷載和位移的校核。

一般離心式壓縮機(jī)的進(jìn)出口溫差較大，壓縮機(jī)出口溫度相對較高，壓縮機(jī)設(shè)備本體和管系必定會產(chǎn)生熱應(yīng)力。在施工過程中管道安裝應(yīng)力和熱應(yīng)力形成合應(yīng)力，會對壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)器造成扭曲和破壞，造成壓縮機(jī)無法正常運(yùn)行。因此根據(jù)美國石油學(xué)會(API)617標(biāo)準(zhǔn)《石油、化學(xué)和氣體工業(yè)用離心式壓縮機(jī)》壓縮機(jī)出口管道在熱態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的力和力矩，必須小于壓縮機(jī)出口管嘴所允許承受的外力和力矩。

2 壓縮機(jī)分析基礎(chǔ)參數(shù)

以古浪壓氣站為例對壓縮機(jī)組的配管進(jìn)行應(yīng)力分析。

(1)壓力 所有管線設(shè)計(jì)壓力12MPa(G)；壓縮機(jī)進(jìn)口管線最大操作壓力10.4MPa(G)；壓縮機(jī)出口管線最大操作壓力11.8MPa(G)；

(2)溫度 壓縮機(jī)進(jìn)口管道設(shè)計(jì)溫度60℃，出口80℃；壓縮機(jī)進(jìn)口管線最大操作溫度30.8℃；壓縮機(jī)出口管線最大操作溫度59.9℃；

(3)管線 當(dāng)管線管徑≥DN1200采用直縫埋弧焊鋼管X80；當(dāng)管線DN1000≥管徑≥DN700采用直縫埋弧焊鋼管X70；當(dāng)管線DN600≥管徑≥DN500采用直縫埋弧焊鋼管L415MB。

3 離心式壓縮機(jī)組管線應(yīng)力分析方法

使用CAESAE Ⅱ軟件對古浪站壓縮機(jī)組管線進(jìn)行建模分析，模型如圖1所示：

(1)一次應(yīng)力校核結(jié)果：根據(jù)校核結(jié)果S1=116686.8kPa，Sh=188226.9 kPa， S1≤Sh一次應(yīng)力滿足校核結(jié)果。

(2)二次應(yīng)力校核結(jié)果：根據(jù)校核結(jié)果SE=130238.2kPa，SA=356426.0kPa， SE≤SA二次應(yīng)力滿足校核結(jié)果。

(3)離心式壓縮機(jī)管口荷載校核。壓縮機(jī)廠家提供的進(jìn)出口允許力和力矩值如下：

圖1 古浪壓氣站應(yīng)力分析模型

按照管嘴受力是否有摩擦力兩種工況，計(jì)算結(jié)果如下：根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，壓縮機(jī)力矩值Mx和Mz沒有滿足壓縮機(jī)廠家的要求。

壓縮機(jī)力矩值分析：根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和其它壓縮機(jī)站場運(yùn)行情況，壓縮機(jī)出入口管線不需要設(shè)摩擦力，因此在沒有摩擦力的情況下，計(jì)算后的Mx力矩值符合廠家的要求。

4 結(jié)論與建議

(1)假管支撐。在設(shè)備的進(jìn)出口管線上，如果彎頭存在，為了保證計(jì)算的應(yīng)力和現(xiàn)場實(shí)際保持一致，在建模時(shí)須在彎頭處增加一個(gè)假管支撐。假管在模型里面相當(dāng)于一個(gè)0重量的剛性元件，溫度與管道相同。以壓縮機(jī)出口管線10節(jié)點(diǎn)為例：

建模時(shí)增加假管支撐計(jì)算結(jié)果為：MY/N·m=-27042；

建模時(shí)無假管支撐計(jì)算結(jié)果為：MY/N·m=-46871；

從計(jì)算結(jié)果可以看出是否增加假管支撐對力矩值影響很大，而且只有增加假管才能保證與現(xiàn)場的真實(shí)情況保持一致，否則計(jì)算結(jié)果與真實(shí)情況相差會是成倍的關(guān)系。

(2)如何處理摩擦力的問題。一般管線在導(dǎo)向架和限位架上的摩擦力通常設(shè)為0，因?yàn)楣芫€是在間隙之間來回運(yùn)動(dòng)的。壓縮機(jī)的管口不設(shè)摩擦力是因?yàn)閴嚎s機(jī)為震動(dòng)設(shè)備，管口和支架幾乎沒有接觸，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際經(jīng)驗(yàn)在應(yīng)用CAESAR Ⅱ軟件計(jì)算時(shí)可以把摩擦力設(shè)為0。

[1]API617石油、化學(xué)和氣體工業(yè)用離心式壓縮機(jī)[S].

表2 壓縮機(jī)管口校核