往復式壓縮機管道振動案例設計探討

程時波，馮德林，吳勝軍

(航天長征化學工程股份有限公司蘭州分公司，甘肅蘭州 730010)

往復式壓縮機是煉油和化工裝置中重要的化工機械設備，為煤化工、石油化工裝置提供高壓氣體。往復式壓縮機的應用非常廣泛，其種類繁多，結構形式各異，尺寸大小和壓力高低差異也很大[1]。另外，由于往復式壓縮機結構復雜，零部件多，發生的故障也是多種多樣，因此對壓縮機各部分的運行狀態監測，相對來說比較困難。

某220 kt/a乙二醇項目配套煤氣化裝置，CO2壓縮系統一期配置2臺(1開1備)MD- 267/81型往復式(六列五級往復對動水冷式)壓縮機。其作用是將低溫甲醇洗裝置送來的CO2或空分裝置送來的N2進行升壓至工藝要求的壓力后，提供給氣化裝置；氣化裝置開車用的高壓N2和正常生產用的高壓CO2共用1套MD- 267/81型往復式壓縮機。

1 現場振動情況

通過現場實際勘察，MD- 267/81型往復式壓縮機的五段出口至除油器管線(輸送介質CO2，操作壓力8.1 MPa，設計壓力9.20 MPa，操作溫度110 ℃，設計溫度為150 ℃，管道DN 100 mm，壁厚SCH60，腐蝕裕度1.5 mm，管道材質為碳鋼，保溫容重100 kg/m3)發生振動，造成裝置不能長周期、穩定運行。該管道為氣化系統輸煤用CO2,在運行過程中主要存在以下問題。

(1)當壓力升至3.0 MPa左右，管道振動劇烈，除油器螺栓全部振松、脫落，影響氣化系統的正常開車。

(2)壓縮機進氣口管道振動嚴重，原支架已振裂，管架失效，就對一級進氣管道管架進行了加固，增設了管道剛性支架，使管道振動有所降低。

(3)壓縮機四級出口管道壓力脈動大，造成管道振動。因氣化裝置充、泄壓周期的進行對壓縮機出口管道壓力的擾動較大，故造成管道振動。業主對壓縮機出口管道進行了多處加固，增加了減振管架，降低了管道的振動頻率。

(4)壓縮機四回一管道沒有冷卻器，當四級出口管道壓力超壓時，無法回到一級；壓縮機回路管線設計存在問題，影響裝置的平穩操作。

2 振動原因分析

(1)為滿足管內氣體壓力不均勻度的限制要求，APl- 618規定脈動抑制裝置容積應符合以下要求：需要的最小排出緩沖容積Vd≤需要的最小吸入緩沖容積Vs，且Vs≥0.028 m3。

(2)管道機械共振是指管道結構固有頻率與壓縮機激振力頻率一致或接近時，使管道振動成倍增大的現象，因此，管道結構固有頻率ω1應避開0.8～1.2ω(ω為壓縮機激振力頻率)的區域，工程中通常避開0.5～1.5ω；設計時，通常使ω1在ω的1.5倍以上。

3 往復式壓縮機段間氣體管道支吊架設計

往復式壓縮機段間氣體管道為振動管道，管道振動不但影響壓縮機的正常工作，嚴重時甚至會造成工廠停產，對企業的經濟效益造成很大損失。因此，在設計段間管道支吊架時，應注意以下一些問題：①支架應采用防振管卡、高壓減振管托(J7)、振動管道用管托(J13)，不能只是簡單支撐；②支架間距應經過振動分析后確定，一般宜在正常跨距的1/3處設置支吊架，并排管道不應設聯合支架，宜設獨立支架，可防止管道發生共振；③支架結構和支架的生根部分應有足夠的剛度[2]；④宜設獨立基礎，盡量避免生根在廠房的梁柱上；⑤當管內介質溫度較高，產生熱脹時，應滿足柔性分析的要求；⑥支架應盡量沿地面設置；⑦對于閥門比較集中布置的位置，宜設閥門架，設置獨立基礎。

4 結語

(1)從氣體壓力脈動方面分析并處理了管道的振動問題，同時考慮了管道的固有頻率與管道結構剛度之間的關系，即管道結構的剛度越大其固有頻率也就會越高，相同應力下產生的位移也就越小，反之亦然。因此，在脈動激振力不大及管道靜力分析通過的條件下，可首先通過調整管道的固有頻率來避免管道系統的振動，即通過簡化管道走向，增加限位架、導向架、固定架等方式來增加管道系統的剛度，以此提高其固有頻率，避免管道的振動[3]。

(2)綜合考慮各種因素，在今后的設計項目中，進行有效的段間管道配管布置以及支吊架的選型，避免往復式壓縮機段間管道發生振動，可為今后往復式壓縮機段間管道配管提供一些設計經驗。