往復式壓縮機的布置及管道防振設計

楊陳博

(中石化洛陽工程有限公司，河南 洛陽 471003)

往復式壓縮機的布置及管道防振設計

楊陳博

(中石化洛陽工程有限公司，河南 洛陽 471003)

往復式壓縮機是石油化工裝置中的重要設備，本文從往復式壓縮機的布置，分析往復式壓縮機引起管道振動的原因，以及管道的防振設計，從而解決往復式壓縮機管道的振動問題。

往復式壓縮機；設備布置；管道設計；防振

壓縮機是一種用來壓縮氣體，借以提高氣體壓力的機械設備,是石油化工裝置中重要設備之一。壓縮機按照工作原理可分為容積型(容積型包括往復式、回轉式、活塞式、膜片式、液環式、滑片式、轉子式、螺桿式等)和速度型(速度型包括離心式、軸流式、混式等)，其中往復式壓縮機是石油化工裝置中常見的設備，往復式壓縮機具有技術成熟，性價比高等優點，也存在噪音大，受運行特點會引起管道振動等缺點，在裝置大型化的今天，如何在滿足工藝流程的前提下，合理、安全的完成往復式壓縮機的布置及其管道的設計，將直接影響到裝置的平穩、有效的運行。

1 壓縮機的選擇

根據用戶的需求，從氣體組分、供氣量、排氣壓力、進氣壓力與溫度、排氣溫度及其他方面綜合考慮來選擇合適的往復式壓縮機。

2 壓縮機的布置

(1) 壓縮機的布置在滿足工藝要求的前提下，壓縮機及其附屬設備的布置應滿足制造廠的要求，可以布置在露天、半露天和廠房內。

(2)壓縮機在廠房內的布置時要考慮檢維修和操作的要求，如需在廠房內設置二層樓板時，則還應該考慮在方便樓下檢修車輛出入的位置設置吊裝孔。吊裝孔的尺寸應能滿足機組最大尺寸吊裝部件順利進出的要求。

(3)比空氣輕的可燃氣體壓縮機半敞開式或封閉式廠房的頂部用采取通風措施，二層樓板宜部分采用鋼格板；比空氣重的可燃氣體壓縮機廠房的地面不宜設地坑或地溝，廠房內應有防止可燃氣體積聚的措施

3 往復式壓縮機管道振動的原因

往復壓縮機是氣缸的活塞運動，其工作特點是吸、排氣流呈間隙性和周期性,進出口管道內的流體呈脈動狀態,使管道內氣體參數形成周期性變化。這種現象稱為氣流脈動。脈動氣流沿管道輸送時,遇到彎頭,三通,大小頭,分支管等元件將產生隨時間變化的激振力,激振力使管道產生一定的振動響應。壓力脈動越大,管道振動的振幅和動應力越大。強烈的脈動氣流會嚴重低影響閥門的正常開關,降低工作效率,除此以外,脈動氣流引起的管道振動,會對管件造成破壞，從而發生泄漏，嚴重的話會造成火災事故。

管道振動的第二個原因是共振.管道內氣體構成一個系統,稱為氣柱.氣柱本身具有的頻率稱為氣柱固有頻率.活塞的往復式運動的頻率稱為激發頻率,管道及其組成件組成一個系統,該系統結構本身具有的頻率稱為管道機械固有頻率,在工作上常把(0.8～1.2)f的頻率范圍作為共振區,當氣柱固有頻率落在激發頻率的共振區內時,發生氣柱共振,產生較大壓力脈動.管道機械固有頻率落在激發頻率的共振區或氣柱固有頻率的共振區時,發生結構共振.因此必須避免發生氣柱共振及結構的共振。

4 往復式壓縮機管道布置

往復式壓縮機由于活塞的往復運動造成流體的脈動, 使得壓縮機進出口管道產生振動, 如不加以限制或排除, 易造成機器的損壞, 管道的破裂,甚至會引起重大事故。因此，合理的管道布置顯得尤為重要，往復式壓縮機進出口管道應沿地面布置，盡量減少彎頭的數量，往復式壓縮機的進出口管道應設置有坡度，并坡向集合管或者分液罐，管道低點需要加排凝，高點加放空，壓縮機的管道應布置在操作平臺下，閥門布置在操作平臺的兩側，方便操作及檢維修。

管道中不可避免地存在拐彎、變徑、分支或設有節流、啟閉元件等結構,這些激振源的存在,產生了激振力。因此管道布置時,在滿足應力分析要求的情況下應盡量少拐彎,并且拐彎時盡可能用長半徑彎頭，切斷閥選用不宜產生渦流的閥門,且不使用變徑管件。這些措施都可有效地降低激振力水平,從而降低振動帶來的危害。

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

由于壓縮熱及工藝介質本身的溫度而使管道熱脹產生熱應力,所以壓縮機進出口管道的熱應力問題也是不容忽視的。管道如果要用蒸汽吹掃,蒸汽溫度高于介質溫度時,應按蒸汽溫度考慮管道的柔性。由于出口管道內的壓力脈動引起的壓力波動范圍較大,所以出口管道上不得設置波形補償器,需自然補償。在管道的振動分析和設計完成之后,還應對管道進行靜應力校核,并使由壓力脈動和其它載荷產生的綜合一次應力不超過管道的許用應力值,對壓縮機、緩沖罐、冷凝器、分液罐等設備的管嘴和支架的推力應不大于允許值。

壓縮機主要工藝管道的分支、拐彎和變徑應盡可能選用標準管件。對于不宜采用標準管件的地方,如超出三通尺寸范圍的分支處及儀表管嘴處,應采取恰當的補強措施,這是因為該結構處存在應力集中,產生的峰值一般較大,且在振動情況下遭受的是交變載荷,它將會很快導致結構的疲勞破壞。同樣,此類管道中不應采用螺紋連接。因分支管較小,更易產生振動,分支管道應有適當的支撐。放空、排凝及儀表閥門應盡量靠近主管安裝，在管道上，有可能產生積液的位置，應采取排凈設施并加絲堵等防泄漏措施。

5 往復式壓縮機管道支架的設計

往復式壓縮機應該采用防振管卡并生根在相應的管墩上(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固定。管墩應避免生根在壓縮機的基礎和廠房的梁柱上，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過管道的固有頻率的分析，避開該頻率，防止引起共振。

圖1 往復式壓縮機管道支架

管道閥門的自重改變了管道的載荷平衡, 容易產生振動, 為防振在閥門前后均設置了支架。由于壓縮機出口管道內介質被壓縮產生升溫使管道熱脹產生應力, 因此在考慮管道振動時, 還應考慮管道的熱應力。

6 結論

往復式壓縮機的運行特點會引起的管道振動，在滿足工藝要求前提下，合理的管道布置和防振支架的設置，可以有效的解決往復式壓縮機管道振動的問題，滿足現場的操作及檢修的方便，實現安全生產。

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(本文文獻格式：楊陳博.往復式壓縮機的布置及管道防振設計[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工程有限公司，主要從事管道設計的工作。

TH457

B

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