離心壓縮機管道布置及管道支架設置選型探討

張建明　同利平　梁威

摘 要：離心壓縮機在工藝流程中是心臟，管道則是脈絡，管道布置和管道支架設置顯得非常重要，是壓縮機安全、穩定運行的必要條件。

關鍵詞：管道布置；管道支架；應力分析；載荷；彈簧支架

離心壓縮機管道布置必須符合下列要求：管道布置應符合有關的設計標準、規范、規定；符合工藝流程圖及儀表流程圖的要求；管道布置應使管系有一定的柔性，保證管道對壓縮機管口作用力及力矩不超過壓縮機廠家的許用數值的范圍；管道布置應考慮設置合理的支撐點及相匹配的管道支架的類型；管道布置應統籌設計規劃，保證壓縮機安全可靠運行，同時要滿足施工、檢修操作等各方面的要求 。

1.離心壓縮機進口管道布置的要求

離心壓縮機采用封閉式廠房安裝時，一般進口管道設置在廠房外面，能夠節約場地及方便施工和檢修；壓縮機進口一般不能直接與彎頭連接，保證最短的直管段應大于2倍的管徑，通常取3～5倍的管徑。根據流程圖的要求，一般情況下進口管道應設置氣液分離器，分離設備盡量靠近進口處，同時考慮管道有一定的坡度坡向氣液分離器。為了防止開車前雜物進入壓縮機，在管道進口設置一段可拆卸的短管，便于安裝臨時過濾器。

2.離心壓縮機出口管道布置的要求

經過管道應力分析后，出口管道在滿足壓縮機管口力及力矩的情況下，通常在管道出口附近設置變力彈簧支吊架，根據管道支架需要生根的地方確定合適的形式及類型，載荷及貼板大小根據應力分析的結果統一考慮；壓縮機出口的管道不能有袋形；出口管道一般必須有防止氣體、液體倒流的止回閥，管道管徑偏大時，止回閥應盡量靠近機組，防止逆流破壞壓縮機；出口管道的相關的操作閥門應布置在壓縮機二層平臺上，方便操作人員操作和觀察現場儀表；管道布置滿足壓縮機管口受力的同時，走向應盡量短，減少彎頭的數量，降低管道的阻力。

3.離心壓縮機管道支架設置選型

3.1管道支吊架的分類及作用

（1）承重管架：承受管道荷載（包括管道自身荷載、隔熱或隔聲結構荷載和介質荷載等），主要由剛性支架、可調剛性支架、可變彈簧架、恒力彈簧架組成。

（2）限制性管架：用于限制、控制和約束管道在任一方向的變形，主要由固定支架、限位支架、軸向限位支架、導向支架組成。

（3）減振架：用于限制或緩和設備進出口管道和地震、風壓、水擊、安全閥排出反力等引起的管道振動，主要由一般減振架、彈簧減振器、油壓減振器組成。

3.2管道支架生根的方式

離心壓縮機管道支架生根主要有以下幾種方式：①在壓縮機平臺上生根，通常采用預埋鋼板或型鋼、在混凝土結構上鉆孔后用膨脹螺栓固定；②在墻上、柱子上生根，預埋鋼板或膨脹螺栓固定；③在鋼結構、大管道上生根；④在建、構筑物平臺及設備平臺生根；在設置管架時，應將生根件（預焊、埋件）的位置、荷載（力和力矩，管道應力分析計算出來的）、預埋件的尺寸或標準等提供給土建專業設計者，以滿足支架設計的要求。

3.3管道支架位置設置的原則

①承重支架間距應滿足管道剛度及撓度的要求；②垂直管道彎頭附近一般做承重支架，也可設置彈簧支架；③選用彈簧支吊架時，管道與生根物之間應有足夠的安裝空間；④在壓縮機進出口管口附近，一般應設置彈簧支吊架，防止管口承受過大的荷載；⑤管道支架生根的位置，應減小對被生根部件的不良影響；⑥有較大振動的管道，應單獨設置管道支架，防止將振動傳遞到構筑物上產生破壞。

3.4離心壓縮機管道支架選型原則

①優先選用標準圖集中的管架和元件，減少管架的型號和非標的管架，有利于現場的施工及管架的采購，節約成本和時間；②各種支吊架選型時，應嚴格按照應力計算的荷載進行選擇，同時要考慮模型中限位方向的要求；③根據管道溫度、工作狀態（保冷、保溫）、管道熱脹量、管道的材料選用合適的支架；④在管道有較大的橫向位移和載荷時，應優先考慮采用導向管托，保證管道有軸向移動的位移；⑤選用支架應考慮經濟性；⑥高溫管道、低溫管道、合金管道應避免采用焊接型支架和吊架

3.5離心壓縮機管道支架選型應用

離心壓縮機進出口管口附近一般選用彈簧支吊架比較多，管架生根在壓縮機平臺下面時，宜采用彈簧吊架，一般選用化工部管架標準圖的C2和C7系列的圖紙，由于壓縮機基礎下空間有限，該系列吊架預埋板要求空間小，施工簡單；管架生根在地面時一般選用C14、C15和C16系列的彈簧支架；離心壓縮機管道彈簧支架一般采用變力彈簧，變力彈簧的載荷的變化率應≤25%；除非應力分析時管口受力難以滿足標準時，可以選擇恒力彈簧，但是成本比較高，同時安裝所需空間大，一般盡量少選用為好；恒力彈簧支架適用于管道豎向位移較大或受力要求苛刻的場合； 由于離心壓縮機管道管徑偏大，同時高溫及低溫管道比較多，所以管托使用情況很多，配合以不同形式的吊架和托架以及不同的生根方式，滿足管道支撐的要求；在有橫向或軸向限位的要求時，必須采用限位支架滿足應力分析要求的參數；限制橫向位移時，一般采用導向支架，導向支架不應靠近彎頭或支管連接處；固定支架在離心壓縮機管道設計中較少采用，一般在界區分界線1m處設置固定支架。

4.結 論

通過建立精確的管道應力分析模型，準確計算出管道各個支撐點的載荷及位移，選用合適的管道支吊架及彈簧支吊架，保證壓縮機管系具有足夠安全的柔性，以滿足壓縮機安全運行的條件。

參考文獻：

[1]《石油、化學和氣體工業用離心壓縮機》API617標準.

[2]《管架標準圖》HG/T21629-1999.

[3]《化工管路設計手冊》.

[4]《石油化工管道安裝設計便查手冊》.

[5]唐永進著.《壓力管道應力分析》第二版.

[6]曲昭嘉，王瑾，曲圣偉主編.《簡明管道支架計算及構造手冊》

作者簡介：張建明（1981-）， 男，工程師，主要從事化工工藝流程研究及工藝管道設計工作。