離心壓縮機的工程設計

尚延江

（北京石油化工工程有限公司，北京 100107）

離心壓縮機通常輸送的多為可燃、易爆氣體，如發生泄漏極易引起著火和爆炸，故壓縮機的安全性是必須充分引起重視的。

1 壓縮機廠房布置

石化裝置壓縮機廠房通常屬于甲類火災危險性場所，按照石油化工防火規范GB50160—2008中表5.2.1規定，其與控制室、配電室防火間距為15 m，距離明火設備則需要22.5 m，距離其他工藝設備甲B、乙A類為9 m[1]。需要注意的是，敞開式廠房起算點從壓縮機組的法蘭連接面算起，封閉式廠房則為最外側建筑物軸線。廠房的布置主要考慮以下幾點：

1）廠房宜布置在裝置的邊緣且靠近馬路一側，這樣方便機組的吊裝和檢修，同時可以減少因防火間距原因造成的占地浪費。

2）為了節省投資和方便后期管理，壓縮機最好布置在一個壓縮機廠房內，這樣整個廠房設置一個起重機即可。

3）對于單機驅動功率小于150 kW的可燃氣體壓縮機，可按操作溫度低于自燃點的“其他工藝設備”確定其防火間距。對于單機驅動功率等于或大于150 kW的甲類氣體壓縮機廠房，不宜與其他甲、乙、丙類房間共用一幢建筑物，壓縮機的上方不得布置甲、乙類液體設備，但自用的高位油箱不限[2]。

4）廠房的高度取決于機組最頂端設備高度、起重機起吊高度、起吊部件尺寸等，規劃時考慮到壓縮機的操作性和經濟性，應盡量壓低布置高度。

5）除了寒冷、風沙大的地區外，壓縮機廠房盡量采用半敞開式，這樣可以避免可燃氣體的積聚，同時節省投采暖、通風等方面的投資。廠房布置見圖1。

圖1 壓縮機廠房布置

2 壓縮機的布置

通常和離心壓縮機布置有關的有機組、潤滑油站、高位油箱及干氣密封系統。其布置宜遵循以下要求：

1）多臺壓縮機聯合布置，同類型壓縮機宜布置在一起，且盡量靠近上游被抽吸的設備，以減小進氣管道阻力。

2）甲類壓縮機廠房的高位油箱須布置在廠房室外構架上，對于輸送非可燃易爆氣體則布置在室內或室外均可[3]。

3）潤滑油站、冷卻器、分離器宜滿足高差要求布置在地面層，機組及干氣密封系統布置在二層平臺，二層須設置檢修用的吊裝孔。

3 壓縮機基礎頂標高的確定

1）首先滿足配管所需凈空。壓縮機進出口朝下，由于管徑逐級減小，故只需滿足第一級的進出口管道布置來計算壓縮機重心軸標高即可。通常考慮的有5倍管徑的直管段長度、彎頭、法蘭、液袋液位計、放凈及彈簧支架的尺寸。由此可核算出壓縮機主軸中心標高，進而初定壓縮機基礎標高及廠房主操作面標高，見圖2。

圖2 初定壓縮機基礎標高及廠房主操作面標高

2）以壓縮機透平側核算壓縮機基礎高度。先根據凝液泵的汽蝕余量算出冷凝器高度，再根據透平出口到冷凝器入口的安裝高度反算透平主軸中心安裝高度，進而推算出基礎標高，見圖3。

圖3 基礎標高

3）以壓縮機回油管的坡度安裝要求來選取較大值作為壓縮機初步基礎標高，見圖4。

圖4 壓縮機初步基礎標高

4 壓縮機管道布置

壓縮機的管道布置要符合管嘴受力要求，且在滿足應力的條件下盡量使管道短而直[4]。下文以某LNG 裝置冷劑壓縮機為例進行探討。一級入口管道：管道設計溫度65 ℃，設計壓力為4.5 MPa，管道材料為20#鋼，公稱直徑DN800。為使入口管道彎頭盡量少，在保證通道高度要求前提下，在管廊上采用平拐的方式以在空間上形成立體Π型，進而來獲得自然補償，詳見圖5壓縮機入口管道。

圖5 壓縮機入口管道

為控制管嘴受力和力矩不超允許值，入口側③、⑤支架均采用導向支架，且在壓縮機側設置擋塊，以限制X向管道位移，減小X向管道變形對入口管嘴產生的力和力矩。⑥、⑦處各設置一個彈簧支架，以分擔承受該管段重量并吸收管道向下的膨脹量，減小入口的Z向受力和力矩。其他支架采用承重架，來確保沒有Z向位移和受力傳導至入口處。應力計算結果表明通過對入口附近管道X、Y、Z3個方向的限制，很好地控制了管口的受力和力矩，同時也滿足了制造廠要求。

壓縮機出口管道布置必須保證其在熱態時所產生的力和力矩小于壓縮機出口管嘴所允許承受的外力和力矩，否則應改變管道的布置，或在出口管道上設置補償器，或是采取其他措施[3]。本例中離心機出口管道也是以控制管嘴受力和管道走向自然補償作為設計原則。冷劑壓縮機一級出口管道：設計溫度150 ℃，設計壓力為4.5 MPa，管道材料為20#碳鋼，公稱直徑DN500。管道沿出口向上布置后步步高連接空冷器入口，出口閥組布置在平臺上后進入管廊去向空冷。為使流體分配均勻，空冷入口處采取對稱布置，見圖6壓縮機出口管線。

圖6 壓縮機出口管線

由于Y方向直管段較長，熱態時管道熱脹量較大，如不加以必要限制，則勢必會造成Y向受力傳導至壓縮機出口管嘴的不良后果。故②處設置承重結合導向支架，且集合管中間處設置承重和止推支架，依靠X向管段和Z向豎直管段的變形來吸收熱脹，使Y向直管段熱應力不會傳導到空冷器和壓縮機管嘴。①、③、④處設置彈簧支架，以承受該管段重量并吸收管道向下的膨脹量，減小入口Z向受力和力矩。應力計算結果表明，通過對出口附近管道X、Y、Z3個方向限制，其管口受力和力矩滿足制造廠要求。

5 結 論

綜上所述，在進行離心壓縮機相關設計之前，應首先了解壓縮機的工作原理、內部構造，吊裝檢修知識等，只有這樣才能從廠房設置、設備布置及管線布置等多方面綜合考慮，盡可能使壓縮機布置合理美觀，檢修方便，同時兼顧節省占地和投資。