化工用往復(fù)式壓縮機配管設(shè)計研究

劉洪濤(大慶石化工程有限公司,黑龍江 大慶 163714)

化工用往復(fù)式壓縮機配管設(shè)計研究

劉洪濤(大慶石化工程有限公司,黑龍江 大慶 163714)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得了目前化工生產(chǎn)過程中所使用到的設(shè)備更加先進，這在保證化工產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的同時，進一步提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，對于促進我國化工行業(yè)的更好發(fā)展起著非常積極的作用。在化工行業(yè)的生產(chǎn)過中，往復(fù)式壓縮機是非常重要的組成部分，并且經(jīng)常需要被使用到。而往復(fù)式壓縮機配管設(shè)計工作的好壞，直接影響著往復(fù)式壓縮機的工作效率，從而進一步影響到了化工企業(yè)的生產(chǎn)效率和效益。因此，作為相關(guān)人員，需要對往復(fù)式壓縮機的配管設(shè)計工作給予足夠的重視，在今后的設(shè)計工作中，做好相應(yīng)的設(shè)計要點，以確保往復(fù)式壓縮機的配管設(shè)計工作做得更好，最終為化工用往復(fù)式壓縮機能夠更好地運行打下堅實的基礎(chǔ)?；诖耍疚闹饕獙び猛鶑?fù)式壓縮機配管設(shè)計進行了研究和分析，以供相關(guān)人士參考。

化工企業(yè);往復(fù)式壓縮機;配管設(shè)計

在化工企業(yè)的生產(chǎn)和運行過程中，往復(fù)式壓縮機是非常重要的組成部件。對于往復(fù)式壓縮機的管道，是輸送各種物質(zhì)的基礎(chǔ)，其配管設(shè)計的安全性和穩(wěn)定性直接影響著整個化工企業(yè)的正常生產(chǎn)和運行。因此，對于往復(fù)式壓縮機，做好其相應(yīng)的配管設(shè)計工作意義重大。特別是在目前更加注重生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全的環(huán)境之下，做好化工用往復(fù)式壓縮機配管設(shè)計對于促進化工企業(yè)的更好發(fā)展有著非常積極的作用。

1 關(guān)于管道設(shè)計要求的概述

對于多種設(shè)備的設(shè)計而言，都是需要依據(jù)一定的標準，這些標準可能是國際標準、國家標準或者行業(yè)標準，標準的詳細程度可能細致到一個螺絲釘?shù)倪x材，管道的設(shè)計同樣具有一定的標準約束，這些標準成為管道設(shè)計和使用的依據(jù)。化工行業(yè)各種設(shè)備要求與其他行業(yè)不同，主要是由于化工行業(yè)的使用環(huán)境相比于普通設(shè)備更加惡劣，經(jīng)常需要在高溫高壓或者高腐蝕等惡劣情況下長時間運轉(zhuǎn)設(shè)備。因此化工用設(shè)備的標準要求也更高。從管道的設(shè)計工作開始，需要符合管道相關(guān)的各種設(shè)備接口，管道測試需求和使用工況需求，并對管道工作過程中的強度、震動和膨脹位移等進行分析，相應(yīng)的抗震和抗風級別也需要進行評估，這些都是為了管道能夠穩(wěn)定工作做的鋪墊。

管道的設(shè)計工作是管道正常運行的基礎(chǔ)，管道的后續(xù)施工、運行、維護也是影響管道正常運行和使用壽命的關(guān)鍵，對于管道的運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟性將產(chǎn)生巨大的影響。施工中管道將分為空中架設(shè)和地下掩埋的模式進行鋪設(shè)，將根據(jù)工作工況等環(huán)境條件和經(jīng)濟性條件進行選擇。從規(guī)模上講，那些大中型規(guī)模的管道多數(shù)利用空中架設(shè)的方式，但是管道的運輸距離不會過長，而對于距離較長的管道則趨向于選擇地下掩埋的方式減少對地面空間的影響。

管道在進行設(shè)計時已經(jīng)充分考慮到了運行的穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟性和可操作性，即使在設(shè)計階段也應(yīng)該充分考慮未來施工中可能遇到的問題，管道的施工需要進行長期的規(guī)劃和工期安排，只有保證管道的施工質(zhì)量才能夠達到設(shè)計的要求，完成標準約束的管道質(zhì)量要求，并為后續(xù)的運行和維護工作做好基礎(chǔ)。很多管道系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分需要經(jīng)過特殊工藝處理，對于管道鋪設(shè)的空間中應(yīng)該做好整體規(guī)劃，減少對空間中其余設(shè)備或裝置的干擾。

2 往復(fù)式壓縮機故障的種類及原因

往復(fù)壓縮機擁有相對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)組織、內(nèi)部部件極其容易損耗，導(dǎo)致故障的經(jīng)常性出現(xiàn)。因此往復(fù)壓縮機會由于各種原因出現(xiàn)非正常停機狀況。導(dǎo)致這種狀況出現(xiàn)的原因中，氣閥、填料密封、活塞環(huán)是最容易導(dǎo)致往復(fù)式壓縮機出現(xiàn)工作故障的三個主要部件，但是同時曲軸、連桿、十字頭、活塞桿等依靠動力傳動的部件出現(xiàn)事故的可能性較弱，但是一旦出現(xiàn)問題，都會釀成不可預(yù)估的后果。往復(fù)式壓縮機組在日常生產(chǎn)過程中，熱力學(xué)特征出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常的問題，是整個壓縮機組出現(xiàn)問題的重要原因之一。在設(shè)備的運行過程中，氣缸的吸氣和排氣功能出現(xiàn)障礙導(dǎo)致吸氣或排氣的不順、排氣過程中溫度過高、排氣總量低于正常數(shù)值、壓力比產(chǎn)生較大變化等一系列問題，甚至在某些機械的故障中，表現(xiàn)之一也是熱力學(xué)參數(shù)異常。如下圖所示為往復(fù)式壓縮機結(jié)構(gòu)圖：

2.1 熱力性能引起的往復(fù)式壓縮機故障

伴隨往復(fù)式壓縮機使用次數(shù)增多，使用時間增加，壓縮機工作狀態(tài)下可能會出現(xiàn)排氣量減小、熱力系統(tǒng)內(nèi)部的溫度和壓力數(shù)值變化超出正常范圍等情況。其中，排氣量不足的問題可能是由于往復(fù)式壓縮機的熱力系統(tǒng)或是氣閥等出現(xiàn)設(shè)備異常，或者排氣管道路線發(fā)生泄漏情況；而熱力系統(tǒng)內(nèi)部的壓力變化超過普通情況下的數(shù)值變化范圍，可能是壓力表被損壞、油路存在異物或是水壓出現(xiàn)問題等情況造成，熱力系統(tǒng)內(nèi)部溫度數(shù)值的變化超過普通狀態(tài)下數(shù)值變化范圍，可能由于氣缸上端出現(xiàn)裂縫、氣閥的氣密性下降等一些列情況造成。針對以上問題以及出現(xiàn)問題的原因，相關(guān)技術(shù)工作者必須對往復(fù)式壓縮機的熱力系統(tǒng)的氣閥、活塞組件、氣缸等零部件進行氣密性監(jiān)測，根據(jù)檢測結(jié)果采取相應(yīng)措施來修復(fù)機器使之重新繼續(xù)正常工作。

2.2 機械功能引起的往復(fù)式壓縮機故障

往復(fù)式壓縮機隨著使用時長的加長，其零部件的功能會有部分損耗，嚴重的甚至影響機器的正常工作使用，很難發(fā)揮往復(fù)式壓縮機的正常作用，也不利于企業(yè)的大量生產(chǎn)創(chuàng)新工作的進一步開展，對企業(yè)的效率提升及效益創(chuàng)收產(chǎn)生很大消極影響。

2.3 振動引起的往復(fù)式壓縮機故障

如果壓縮機內(nèi)部機械零件磨損過于嚴重，那么在工作過程中會出現(xiàn)異常的振動情況，異常響聲是由于閥組的穆筍過于嚴重以及活塞出現(xiàn)一系列故障造成；往復(fù)式壓縮機一旦出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，極有可能是由于機器設(shè)備連續(xù)使用過長時間，導(dǎo)致設(shè)備散熱不均，氣缸、活塞桿等會相應(yīng)出現(xiàn)發(fā)燙現(xiàn)象。

3 管道設(shè)計在往復(fù)式壓縮機中的具體應(yīng)用

化工中經(jīng)常用到的一個設(shè)備就是往復(fù)式壓縮機，該設(shè)備通過往復(fù)運作產(chǎn)生間歇性的吸入和排出動作，從而壓縮氣體形成壓力脈動，由于整個設(shè)備運轉(zhuǎn)過程會引起設(shè)備本身的震動，加之壓縮氣體所形成的震動都會導(dǎo)致管道震動的幅度加大，這些震動的不斷累積最終將影響管道上所連接的儀表和設(shè)備接口。因此必須采取措施防止管道在震動過程中破裂或出現(xiàn)斷口，可以通過緩沖罐或者孔板來釋放一部分壓力脈動，幫助管道減輕脈動幅度。

為了能夠降低壓縮機本身在運轉(zhuǎn)過程中的震動，可以通過加強壓縮機固定裝置，或者減少管道的彎頭，并增大彎頭的曲率半徑，于此同時還可以合理設(shè)計壓縮機本身的減震結(jié)構(gòu)，來消除壓縮機運行時的震動。但是這部分減弱對于整體來講仍然不足，還需要額外對壓縮機形成的氣壓脈動進行削弱才能夠保護管道。

為了保護往復(fù)式壓縮機的管道穩(wěn)定性，需要對管道支架繼續(xù)獨立設(shè)計，不能與壓縮機或者其他設(shè)備公用，震動會在不同的設(shè)備之間相互傳播，這樣不利于減少往復(fù)式壓縮機的管道震動，對其他設(shè)備也會產(chǎn)生影響。在管道的剛性支承上應(yīng)該選擇鋼筋混凝土作為基礎(chǔ)，并降低現(xiàn)有的支架高度以減少震動力矩。

但是基于互相聯(lián)系的設(shè)備會產(chǎn)生共振，那么就必須了解壓縮機的固有頻率，避免這種共振的產(chǎn)生需要將吸入孔和排出口盡量接近放空口或放凈閥管道，壓力表的到導(dǎo)壓管加厚也會起到一定作用。

此外還需要避免冷凝液體流入壓縮機氣缸，可以在容易發(fā)生危險的管口前方設(shè)置吸入罐或凝液分離罐，這樣就能夠去掉冷凝液體。往復(fù)式壓縮機通常會將入口管的直徑設(shè)計的很大，從經(jīng)濟性角度考慮會浪費材料。當然若吸入管道過長也會導(dǎo)致壓縮機的功率下降，因此需要將往復(fù)式壓縮機的入口管道縮短并減少彎頭，冷凝液分離裝置也應(yīng)該設(shè)計在壓縮機吸入口處。

需要注意的是并非所有的往復(fù)式壓縮機都需要增加防止冷凝回流系統(tǒng)，應(yīng)用的標準是保證不會再壓縮機停止運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)冷凝液體回流。如果壓縮機的出口是飽和狀態(tài)，就必須安裝防止冷凝回流裝置，并設(shè)計止回閥作為保障。若壓縮機的出口狀態(tài)相反，那么就需要將排出氣體中的潤滑油分離開，此時就可以不設(shè)置防止冷凝回流裝置，而是將分離潤滑油的分離器取而代之。

此外進行往復(fù)式壓縮機管道的設(shè)計時，為了減少后續(xù)維護工作中的阻礙，還應(yīng)該將管道的空間布局進行詳細的推敲。如當進行往復(fù)式壓縮機維修時，很多需要打開的部件附近避免設(shè)置管道，還有一些需要經(jīng)常開啟的部位，以及一些需要更換或者轉(zhuǎn)移的設(shè)備，這些都應(yīng)該留出充足的空間，這樣才能夠不影響管道和設(shè)備的操作和檢修。

壓縮機的使用過程中還需要利用水冷卻，這些冷卻器不僅擔負著壓縮機本身的冷卻還需要考慮壓縮氣體的冷卻，可以考慮將不同需求統(tǒng)一起來利用一個冷卻器進行冷卻，這樣可以有效減少設(shè)備，簡化施工內(nèi)容，也能夠滿足使用需求。

4 往復(fù)式壓縮機的配管系統(tǒng)

4.1 配管

配管的直徑、壁厚和材質(zhì)要考慮管內(nèi)壓力，氣體性狀及允許壓降來決定。配管設(shè)計避免共振管長，同時充分校核配管的支撐位置及固定方法，使其受到外來的強制力時不共振。

4.2 脈動壓力緩沖罐

盡可能在靠近氣缸吸入、排出的地方減少壓縮機的壓力脈動很重要，為此設(shè)置緩沖罐是有效的。

緩沖罐的效果不僅隨容積，而且還隨它的安裝位置有很大變化，必須在充分檢查其前后配管形狀的情況下進行經(jīng)濟的設(shè)計。

4.3 冷卻器

壓縮機的冷卻器在低壓時多使用管殼式的。高壓時一般使用盤管式和套管式。冷卻器是由壓縮機規(guī)格決定的，必須將盤管式或套管式冷卻器作為排出配管的一部分，校核共振管長，拐彎位置和固定點。管殼式冷卻器的緩沖效果大，如安裝位置合適也有作為緩沖罐的效果。

4.4 凝液分離器

其設(shè)置目的是為了使壓縮氣體中的凝液、內(nèi)部油，通過氣缸的塵埃之尖不送到下段氣缸或工藝部分。凝液分離器有各種形式，不論采用哪種罐都是有效用的，如果其容積和安裝位置考慮得合適，也可作為緩沖罐用。

5 結(jié)語

綜上所述，由于化工用往復(fù)式壓縮機存在著使用危險性較高、對于促進生產(chǎn)作用之大，需要相關(guān)人員對于其配管設(shè)計工作給予足夠的重視。作為相關(guān)的設(shè)計人員，需要不斷學(xué)習(xí)和總結(jié)相應(yīng)的設(shè)計要點工作，從而確保在今后的工作過程中能夠?qū)⒒び猛鶑?fù)式壓縮機的配管設(shè)計工作做得更好。這樣不僅能夠確保給化工企業(yè)的生產(chǎn)和運行提供更加安全、可靠的環(huán)境，同時還能進一步提高化工企業(yè)生產(chǎn)效率和運行效益，最終確保其在激烈的市場競爭中能夠獲得更好的發(fā)展。

[1]曾仁強.淺談往復(fù)式壓縮機安裝要點及質(zhì)量控制[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量.2013（11）.

[2]趙祺海，孫小紅.化工用往復(fù)式壓縮機配管設(shè)計探索[J].中國化工貿(mào)易，2015，7（16）.

劉洪濤（1983-）,男.漢族,黑龍江省大慶市,機械工程師,大學(xué)本科,大慶石化工程有限公司.科室:機械設(shè)備室.研究方向:轉(zhuǎn)動設(shè)備:例如壓縮機,造粒機,機械傳動設(shè)備,風送系統(tǒng),包裝碼垛系統(tǒng),等等