王路 王磊 孫學(xué)濤

摘 要：針對(duì)天然氣壓縮機(jī)管線振動(dòng)問(wèn)題，本次研究以往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)為例，對(duì)管線振動(dòng)的原因以及危害進(jìn)行深入分析，提出天然氣壓縮機(jī)管線減振的相關(guān)措施，為保障往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)的安全運(yùn)行以及管道的正常使用奠定基礎(chǔ)。研究表明：氣流脈動(dòng)、共振以及壓縮機(jī)振動(dòng)等三大現(xiàn)象都會(huì)引起往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)管線的振動(dòng)問(wèn)題，因此，相關(guān)企業(yè)需要從降低不均勻壓力度、增加管道支撐以及在震源點(diǎn)位置處設(shè)置管卡三個(gè)角度出發(fā)，分別采取多項(xiàng)有效措施，全面解決往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)管線的振動(dòng)問(wèn)題，為保障設(shè)備的安全高效運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：往復(fù)式天然氣壓縮機(jī);管線振動(dòng);原因分析;氣流脈動(dòng);減振措施

0 前言

天然氣壓縮機(jī)是天然氣輸送過(guò)程中的關(guān)鍵設(shè)備，主要可以起到為天然氣增壓的作用，在所有類(lèi)型的壓縮機(jī)中，由于往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)的運(yùn)行效率相對(duì)較高，且使用安全，因此，往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)的使用較為廣泛[1]。在往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，受到各種因素的影響，會(huì)引起連接管線的振動(dòng)問(wèn)題，當(dāng)振動(dòng)問(wèn)題持續(xù)出現(xiàn)時(shí)，可能會(huì)引發(fā)管線破損、連接松動(dòng)以及儀表失靈等一系列的問(wèn)題，進(jìn)而對(duì)天然氣的輸送產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。針對(duì)往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)管線的振動(dòng)問(wèn)題，本次研究主要是對(duì)引起振動(dòng)問(wèn)題的原因進(jìn)行全面的分析，提出減振的相關(guān)措施，全面保障天然氣的輸送安全。

1 天然氣壓縮機(jī)管線振動(dòng)原因分析

1.1 氣流脈動(dòng)

在天然氣管道運(yùn)行的過(guò)程中，氣體的流速、壓力以及密度等參數(shù)都會(huì)隨著時(shí)間的變化而產(chǎn)生變化，這種現(xiàn)象可以稱之為氣流脈動(dòng)，在往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，其運(yùn)行參數(shù)以及吸排量也會(huì)產(chǎn)生時(shí)間性的變化，這會(huì)使得管道內(nèi)天然氣的相關(guān)參數(shù)產(chǎn)生變化，這種變化并不只是時(shí)間方面的變化，也存在位置上的變化。在天然氣輸送的過(guò)程中，如果氣流脈動(dòng)遇到管道上的閥門(mén)、法蘭等零部件，由于時(shí)間的改變，就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的激振力，管道以及往復(fù)式壓縮機(jī)都會(huì)受到激振力的嚴(yán)重影響，進(jìn)而使得管道出現(xiàn)振動(dòng)。事實(shí)上，由于氣流脈動(dòng)所引起的壓縮機(jī)振動(dòng)問(wèn)題十分常見(jiàn)，大多數(shù)壓縮機(jī)管道出現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題都是由于氣流脈動(dòng)所以引起的，同時(shí)，氣流脈動(dòng)在整條天然氣管道的任何位置處都有可能會(huì)出現(xiàn)，同時(shí)也難以采取相關(guān)措施消除該種問(wèn)題，為了防止氣流脈動(dòng)對(duì)整條天然氣管道的運(yùn)行產(chǎn)生影響，工作人員需要從均勻壓力度的角度出發(fā)，采取合理的措施，以此降低氣流脈動(dòng)出現(xiàn)的頻率，這是防止出現(xiàn)管道振動(dòng)問(wèn)題的重要措施[2]。

1.2 共振

在天然氣管道內(nèi)儲(chǔ)存一定量的氣體，這部分氣體可以被稱之為氣柱，氣柱可以被看作為振動(dòng)時(shí)的彈簧，可以被隨意的壓縮，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一定的膨脹作用，氣柱具有一定的質(zhì)量，由此可見(jiàn)，氣柱本身就可以被看作為振動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)氣柱受到激發(fā)力作用時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的振動(dòng)現(xiàn)象。在往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，由于活塞的周期性運(yùn)動(dòng)才會(huì)產(chǎn)生吸氣以及排氣等行為，從而使得管道內(nèi)產(chǎn)生一定的激振力，在激振力的作用下，氣柱就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)會(huì)帶動(dòng)管道產(chǎn)生振動(dòng)問(wèn)題。如果0.8-1.2倍的氣柱產(chǎn)生相同的共振頻率時(shí)，天然氣管道內(nèi)的整個(gè)氣柱都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，管道內(nèi)會(huì)產(chǎn)生異常壓力脈動(dòng)問(wèn)題，此時(shí)管道以及往復(fù)式壓縮機(jī)的振動(dòng)都會(huì)加劇。通過(guò)以上分析可以發(fā)現(xiàn)，天然氣管道內(nèi)必然會(huì)存在氣柱，往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生激振力，激振力作用在氣柱上產(chǎn)生振動(dòng)問(wèn)題，為了消除該問(wèn)題，只能從消除共振的角度出發(fā)，使得氣柱的振動(dòng)降低，防止氣柱的振動(dòng)引發(fā)管道振動(dòng)問(wèn)題。

1.3 壓縮機(jī)振動(dòng)

在往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，受到各種因素的影響，壓縮機(jī)本身也會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題，進(jìn)而帶動(dòng)管道產(chǎn)生振動(dòng)。首先，如果往復(fù)式壓縮機(jī)的平衡性很差，地基不穩(wěn)定，在壓縮機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間以后必然會(huì)產(chǎn)生地基下陷問(wèn)題，進(jìn)而使得壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生嚴(yán)重的振動(dòng);其次，往復(fù)式壓縮機(jī)內(nèi)部的零部件相對(duì)較多，如果各種零部件之間的型號(hào)以及設(shè)計(jì)安裝不合理，也會(huì)使得壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng);最后，往復(fù)式壓縮機(jī)在使用一段時(shí)間以后，必然會(huì)出現(xiàn)各種類(lèi)型的故障問(wèn)題，這就要求工作人員必須定期對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中存在的故障問(wèn)題并采取措施解決，如果壓縮機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)，則往復(fù)式壓縮機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題的概率將會(huì)大大提升。事實(shí)上，在往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，出現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題也十分正常，只要工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)往復(fù)式壓縮機(jī)振動(dòng)問(wèn)題出現(xiàn)的原因，并采取合理的措施解決問(wèn)題，則可以從根本上避免因壓縮機(jī)振動(dòng)帶動(dòng)管道振動(dòng)[3]。

2 天然氣壓縮機(jī)管線減振措施

2.1 降低不均勻壓力度

為了防止出現(xiàn)往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)管線振動(dòng)問(wèn)題，工作人員首先需要采取合理的措施降低管道內(nèi)的不均勻壓力度，在這一方面，主要可以通過(guò)增加管道孔板的方式達(dá)到目的。在增加管道孔板的過(guò)程中，工作人員首先需要對(duì)管道以及往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)的布置情況進(jìn)行全面的分析，如果可以采取該種方式，則可以在管道合理的位置處增加孔板，如果無(wú)法采取該種措施，則工作人員可以在往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)的出口位置處設(shè)置平板閘閥，進(jìn)而對(duì)壓縮機(jī)出口位置處的氣流進(jìn)行合理的控制與調(diào)整，同時(shí)，對(duì)壓縮機(jī)入口位置處的壓力進(jìn)行合理的調(diào)整，盡可能使得入口位置處的壓力波動(dòng)范圍維持在0.01MPa范圍內(nèi)。在另一方面，如果往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的其他參數(shù)出現(xiàn)嚴(yán)重額定波動(dòng)，則會(huì)引起天然氣管道內(nèi)介質(zhì)的參數(shù)波動(dòng)問(wèn)題，氣體介質(zhì)的參數(shù)波動(dòng)是引發(fā)氣流脈動(dòng)的主要原因，因此，工作人員需要盡可能的保障往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)，防止出現(xiàn)壓縮機(jī)出現(xiàn)嚴(yán)重的參數(shù)波動(dòng)，進(jìn)而保障天然氣管道處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)，此時(shí)出現(xiàn)氣流脈動(dòng)的概率將會(huì)大大降低，可以從根本上解決管道的振動(dòng)問(wèn)題。

2.2 增加管道支撐

為了消除往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)管道的振動(dòng)問(wèn)題，增加管道的支撐也十分重要，同時(shí)還需要緊固各種螺栓，在增加管道支撐的過(guò)程中，工作人員需要對(duì)站場(chǎng)內(nèi)的管道分布情況進(jìn)行合理的分析，在進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬的前提下，選擇合理的位置增加管道的支撐，一般情況下，往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)出口管道位置處建立三個(gè)支撐點(diǎn)即可，在設(shè)立支撐點(diǎn)以后，需要對(duì)所有的螺栓進(jìn)行緊固，同時(shí)，在壓縮機(jī)運(yùn)行一定的時(shí)間以后，受到各種因素的影響，管道支撐位置處的螺栓可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的松動(dòng)，這也會(huì)引發(fā)管道的振動(dòng)問(wèn)題，因此，工作人員需要定期對(duì)螺栓進(jìn)行檢查和緊固處理。如果站場(chǎng)內(nèi)的管道長(zhǎng)度較長(zhǎng)或者彎頭的數(shù)量相對(duì)較多，則可以增加管道支撐的數(shù)量，盡可能的將管道支撐建設(shè)于管道的彎頭位置。

2.3 在震源點(diǎn)位置處設(shè)置管卡

在進(jìn)行管道減震的過(guò)程中，工作人員需要對(duì)管道沿線可能出現(xiàn)的振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行全面的分析，了解最大振幅可能出現(xiàn)的位置，在最大振幅位置處設(shè)置管卡，但是需要注意不得對(duì)某一個(gè)位置點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)行的固定，需要在管道沿線多個(gè)位置點(diǎn)處進(jìn)行分散固定，通過(guò)該種措施可以使得管道的附加應(yīng)力降低。同時(shí)，管卡的設(shè)置需要結(jié)合管道的強(qiáng)度以及產(chǎn)生激振力的方向，在管卡設(shè)置以后，不得對(duì)管道產(chǎn)生附加應(yīng)力，同時(shí)也不能與管道之間產(chǎn)生摩擦，以此防止管卡對(duì)管道產(chǎn)生破壞。

3 結(jié)論

通過(guò)本次研究可以發(fā)現(xiàn)，在往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，受到各種因素的影響，連接管道會(huì)出現(xiàn)一定的振動(dòng)問(wèn)題，振動(dòng)問(wèn)題會(huì)造成非常嚴(yán)重的危害，引起振動(dòng)問(wèn)題的原因主要可以分為氣流脈動(dòng)、共振以及壓縮機(jī)振動(dòng)三種類(lèi)型，因此，工作人員需要采取降低不均勻壓力度、增加管道支撐以及在震源點(diǎn)位置處設(shè)置管卡三方面的措施，消除管道振動(dòng)問(wèn)題，保障往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)以及連接管線的運(yùn)行安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]田汝峰，謝艷娥.天然氣壓縮機(jī)串聯(lián)系統(tǒng)振動(dòng)分析及減振方法研究[J].化工裝備技術(shù)，2015（01）：4-7.

[2]韓春林.RDS壓縮機(jī)氣流脈動(dòng)的消減分析及減振措施[J].化學(xué)工程與裝備，2017（11）：210-212.

[3]劉長(zhǎng)海，薛長(zhǎng)泉.4RDS往復(fù)壓縮機(jī)組管系振動(dòng)分析及減振措施[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2005（03）：11-13.

作者簡(jiǎn)介：

王路（1988- ），男，河南南陽(yáng)人，采氣高級(jí)工，從事天然氣集輸工作。