大型往復式壓縮機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)

大型往復式壓縮機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)

近年來隨著我國煤化工產業的高速發展，往復式壓縮機在其中應用愈加廣泛。隨著裝置的規模越來越大，對壓縮機的管道布置提出了更高的要求，尤其往復式壓縮機管道的防振設計。本文將結合新疆某項目CO壓縮工段和置換氣壓縮工段往復式壓縮機的管道布置經驗，探討大氣量往復式壓縮機在管道布置和防振設計的基本原則和應注意的問題。

1　往復式壓縮機簡介

1.1往復式壓縮機的工作原理

往復式壓縮機屬于容積式壓縮機，工作原理是通過曲軸連桿機構，將曲軸的旋轉運動轉化為氣缸內活塞的往復運動，通過減少氣體所占據的封閉空間的容積，來提高氣體的壓力。曲軸旋轉一周，活塞往復一次，氣缸內相繼實現膨脹、吸氣、壓縮、排氣的過程。往復式壓縮機具有單機打氣量小、結構復雜、壓比可以選擇很大、價格相對較低等特點。由于往復機運動部件多、易損件多，一般都有備機。

1.2往復式壓縮機的系統組成

往復式壓縮機系統一般包含四個子系統：工藝氣系統、油路系統、密封系統和冷卻系統，如果是透平驅動還有蒸汽冷凝液系統。氣路系統作為主系統完成對氣體的加壓。冷卻系統又分為冷卻氣缸、填料的脫鹽水循環系統和冷卻各級換熱器及驅動電機的冷卻水循環系統。油路系統主要是對壓縮機進行潤滑，減輕摩擦，并帶走摩擦產生的熱量。密封系統采用氮氣進行密封，以防止軸封處氣體外泄。

1.3往復式壓縮機管道系統的特點

往復式壓縮機在吸氣和排氣的過程中呈周期性和間歇性的動作，使得管道內氣流的壓力、流速和密度等參數都隨著位置和時間作周期性變化，這種現象稱為氣流脈動［1］。脈動的氣流遇到彎頭、三通、異徑管、閥門等管道件后，將產生隨時間變化的激振力，受此激振力的作用，管道系統產生振動。由于壓力脈動始終存在，管道系統在允許的范圍內存在一定程度的振動是正常現象，但應該避免劇烈的振動。

2　往復式壓縮機的管道布置

往復式壓縮機管道布置首先應符合工藝及設備制造商的流程要求，應做到安全可靠、經濟合理。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，壓縮機附近管道要整齊美觀。

根據往復式壓縮機的工藝特點，分區布置工藝氣管道、潤滑油管道、氮氣密封管道和冷卻水管道。工藝氣管道的布置是壓縮機管道布置的重點和難點。冷卻水管道的布置則關系到系統的美觀，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，盡量將各級氣缸的脫鹽水管道統一引到氣缸外側，成排布置。潤滑油管道和氮氣密封管道的管徑較小，布置相對簡單，但需避免管道的碰撞和方便閥門的操作。

3　往復式壓縮機工藝氣管道的防振設計

在往復式壓縮機管道布置中，如何降低工藝氣管路的振動一直是設計人員十分關注的問題，因為管道系統的劇烈振動，會造成管道及其附件的松動、疲勞、破裂，輕則發生泄漏，重則造成火災、爆炸等嚴重事故。

管道的劇烈振動有兩方面的有原因：一是管道內氣柱的壓力脈動，二是管道系統的共振。共振又可分為氣柱共振和機械共振。當激發頻率與某一階氣柱自振頻率相重合時，氣柱振動系統將產生強烈的振動響應，壓力脈動幅值達最大，此為氣柱共振。管道系統本身就是一個連續彈性體，存在結構固有頻率，當壓力脈動的激振力頻率與管道結構固有頻率相近時，管道產生機械共振［2］。

3.1消減氣柱的壓力脈動

調整氣柱固有頻率、設置孔板和緩沖罐等可以有效減小氣柱的壓力脈動。調整氣柱的固有頻率不僅涉及到管道系統的設計，還涉及到緩沖器的尺寸和位置等。其中，設置壓縮機進、出口緩沖罐被認為是最簡單、有效的減緩氣流脈動的措施。進、出口緩沖罐盡量與氣缸直連，氣體經過緩沖罐后壓力脈動明顯下降。設置孔板的目的主要是降低壓力的不均勻度，通常設置在壓縮機出口處，但實踐中較少采用這種措施，因為孔板會增加系統阻力，造成氣體的壓力損失，而管路中的任何壓力降對工藝的操作都是不利的。

3.2調整管系固有頻率

控制管道的劇烈振動的有效途徑是改變管系的結構固有頻率，避免發生機械共振，而管系的固有頻率的改變可以通過優化管道走向、調整管支架型式、數量和位置來實現。

首先，要優化管道走向。壓縮機進出口管道應盡可能的用直管，且直管段不宜過長，去往冷卻器和分離罐的管道要短而直，少用彎頭，且管件盡量使用標準管件，因為標準管件強度較強，如彎頭盡可能使用長半徑彎頭或45°彎頭。其次，合理設置管道支架。對工藝氣管道系統的氣流脈動進行聲學模擬分析可以幫助我們確定管道支座的型式、位置及數量，將管道振動控制在合理范圍內。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、樓板、平臺和設備上，必須是獨立支撐，盡量落地生根。在調節閥組、安全閥組等集中質量處，應增加支架數量，支架形式也應是防振關卡。

4　結語

通過對往復式壓縮機的管道系統進行優化設計，采用合理的減振措施，保證了該項目三臺CO壓縮機和三臺置換氣壓縮機均一次開車成功，目前運行平穩。實踐證明，做好往復式壓縮機的管道布置，需要綜合考慮各種因素，通過合理的布局和不斷優化為壓縮機的安全、可靠、平穩運行創造良好的條件。

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

［2］郁永章主編.容積式壓縮機技術手冊［M］.北京：機械工業出版社，2000，10.