往復(fù)式壓縮機(jī)管道振動案例設(shè)計探討

程時波，馮德林，吳勝軍

(航天長征化學(xué)工程股份有限公司蘭州分公司，甘肅蘭州 730010)

往復(fù)式壓縮機(jī)是煉油和化工裝置中重要的化工機(jī)械設(shè)備，為煤化工、石油化工裝置提供高壓氣體。往復(fù)式壓縮機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，其種類繁多，結(jié)構(gòu)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(fù)式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件多，發(fā)生的故障也是多種多樣，因此對壓縮機(jī)各部分的運行狀態(tài)監(jiān)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(tǒng)一期配置2臺(1開1備)MD- 267/81型往復(fù)式(六列五級往復(fù)對動水冷式)壓縮機(jī)。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(jìn)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(chǎn)用的高壓CO2共用1套MD- 267/81型往復(fù)式壓縮機(jī)。

1 現(xiàn)場振動情況

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

(1)當(dāng)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(tǒng)的正常開車。

(2)壓縮機(jī)進(jìn)氣口管道振動嚴(yán)重，原支架已振裂，管架失效，就對一級進(jìn)氣管道管架進(jìn)行了加固，增設(shè)了管道剛性支架，使管道振動有所降低。

(3)壓縮機(jī)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(jìn)行對壓縮機(jī)出口管道壓力的擾動較大，故造成管道振動。業(yè)主對壓縮機(jī)出口管道進(jìn)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(jī)四回一管道沒有冷卻器，當(dāng)四級出口管道壓力超壓時，無法回到一級；壓縮機(jī)回路管線設(shè)計存在問題，影響裝置的平穩(wěn)操作。

2 振動原因分析

(1)為滿足管內(nèi)氣體壓力不均勻度的限制要求，APl- 618規(guī)定脈動抑制裝置容積應(yīng)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(jī)械共振是指管道結(jié)構(gòu)固有頻率與壓縮機(jī)激振力頻率一致或接近時，使管道振動成倍增大的現(xiàn)象，因此，管道結(jié)構(gòu)固有頻率ω1應(yīng)避開0.8～1.2ω(ω為壓縮機(jī)激振力頻率)的區(qū)域，工程中通常避開0.5～1.5ω；設(shè)計時，通常使ω1在ω的1.5倍以上。

3 往復(fù)式壓縮機(jī)段間氣體管道支吊架設(shè)計

往復(fù)式壓縮機(jī)段間氣體管道為振動管道，管道振動不但影響壓縮機(jī)的正常工作，嚴(yán)重時甚至?xí)斐晒S停產(chǎn)，對企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益造成很大損失。因此，在設(shè)計段間管道支吊架時，應(yīng)注意以下一些問題：①支架應(yīng)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(yīng)經(jīng)過振動分析后確定，一般宜在正常跨距的1/3處設(shè)置支吊架，并排管道不應(yīng)設(shè)聯(lián)合支架，宜設(shè)獨立支架，可防止管道發(fā)生共振；③支架結(jié)構(gòu)和支架的生根部分應(yīng)有足夠的剛度[2]；④宜設(shè)獨立基礎(chǔ)，盡量避免生根在廠房的梁柱上；⑤當(dāng)管內(nèi)介質(zhì)溫度較高，產(chǎn)生熱脹時，應(yīng)滿足柔性分析的要求；⑥支架應(yīng)盡量沿地面設(shè)置；⑦對于閥門比較集中布置的位置，宜設(shè)閥門架，設(shè)置獨立基礎(chǔ)。

4 結(jié)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(jié)構(gòu)剛度之間的關(guān)系，即管道結(jié)構(gòu)的剛度越大其固有頻率也就會越高，相同應(yīng)力下產(chǎn)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(diào)整管道的固有頻率來避免管道系統(tǒng)的振動，即通過簡化管道走向，增加限位架、導(dǎo)向架、固定架等方式來增加管道系統(tǒng)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(shè)計項目中，進(jìn)行有效的段間管道配管布置以及支吊架的選型，避免往復(fù)式壓縮機(jī)段間管道發(fā)生振動，可為今后往復(fù)式壓縮機(jī)段間管道配管提供一些設(shè)計經(jīng)驗。