化工用往復(fù)式壓縮機(jī)配管設(shè)計(jì)研究

麥桂香

（茂名瑞派石化工程有限公司，廣東 茂名 525011）

管道幾乎遍及所有現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域的物料輸送系統(tǒng)，在生產(chǎn)和生活中隨處可見(jiàn)，如水管、蒸汽管道，煤氣管道，長(zhǎng)距離輸送石油、天然氣管道等。由此不難想象管道的分布有多廣泛，管道的安全與日常生活的關(guān)系有多密切，保證管道系統(tǒng)的安全運(yùn)行的意義有多重大。

1 管道設(shè)計(jì)的基本要求

管道設(shè)計(jì)要與裝置全部設(shè)計(jì)統(tǒng)一考慮，必須符合管道儀表流程圖，滿足工藝要求，要有適當(dāng)?shù)闹?，保證足夠的強(qiáng)度，對(duì)工作溫度較高的管道要作柔性分析、有激振力的管道要作動(dòng)力分析，使管道既有足夠的強(qiáng)度和吸收熱膨脹位移的能力，又有良好的抗振性。在經(jīng)常出現(xiàn)颶風(fēng)風(fēng)或地震分區(qū)級(jí)別高的地方還要考慮抵御風(fēng)載和地震載荷的能力。

管道敷設(shè)主要有架空和埋地兩種類型，可根據(jù)具體情況確定選擇何種敷設(shè)方式，過(guò)程工業(yè)裝置的管道大都采用架空敷設(shè)，既便于施工、操作、檢查、維修，也較為經(jīng)濟(jì)。大中型裝置的架空管道都用管廊、管架和管墩成排敷設(shè)。對(duì)于分散的管道可用支吊架，長(zhǎng)距離輸送管道一般采用埋地敷設(shè)，工業(yè)管道地下敷設(shè)的較少，就是地下敷設(shè)也大都用管溝，而不是直接敷設(shè)在地下。

管道布置設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮各種影響因素，以達(dá)到可行、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理的目標(biāo)。

管道的總體布置管道布置設(shè)計(jì)應(yīng)做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，并滿足施工、操作、維修等方面的要求。對(duì)于需長(zhǎng)期施工的工程，其管道的布置設(shè)計(jì)應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃，力求做到施工、生產(chǎn)、維修互不影響；永久性的工藝、熱力管道不得穿越工廠的發(fā)展用地;在確定進(jìn)出裝置(單元)的管道方位與敷設(shè)方式時(shí)，應(yīng)做到內(nèi)外協(xié)調(diào);廠區(qū)內(nèi)的全廠性管道的敷設(shè)，應(yīng)與廠區(qū)內(nèi)的裝置(單元)、道路、建筑物等協(xié)調(diào)，避免管道包圍裝置(單元)，減少管道與鐵路、道路的交叉。

2 往復(fù)式壓縮機(jī)的管道設(shè)計(jì)

往復(fù)式壓縮機(jī)的間歇吸入和排出，產(chǎn)生氣體的壓力脈動(dòng)，壓縮機(jī)本體的機(jī)械不平衡也會(huì)引起振動(dòng)。如果這些振動(dòng)傳到管道上，會(huì)使管道振裂或影響儀表工作。為減少氣體壓力脈動(dòng)，可在壓縮機(jī)管道上安裝孔板或裝設(shè)緩沖罐。最有效的辦法是在壓縮機(jī)的吸入口和排出口都安裝緩沖罐，它的位置越接近壓縮機(jī)的管嘴越好，最好能直接與壓縮機(jī)出入口相接。

要減少壓縮機(jī)的機(jī)械振動(dòng)，就要盡金減少管道彎頭的個(gè)數(shù)和采用曲率半徑較大的彎頭。此外，還取決于壓縮機(jī)本體及其基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。但不論怎樣，管道設(shè)計(jì)時(shí)必須加大管道支架的剛性，增多支架數(shù)量，這對(duì)處理氣體壓力脈動(dòng)是必要的。

往復(fù)式壓縮機(jī)的管道支架要做獨(dú)立基礎(chǔ)，不與壓縮機(jī)及廠房合用，以免振動(dòng)通過(guò)基礎(chǔ)傳給支架和管道，所以支架基礎(chǔ)也成為決定廠房大小的一個(gè)因素。其他管道不可與壓縮機(jī)管道合用一個(gè)支架，以免傳遞振動(dòng)。為增加剛性，管道支架用鋼筋混凝土制作，并要降低高度，管道由螺栓固定在支架上。使用緩沖罐時(shí)，緩沖罐的固定螺栓要用雙螺母或其他方法固定。

為避免產(chǎn)生共振，壓縮機(jī)管道的固有頻率與壓縮機(jī)的工作頻率間的比例有一定的要求。往復(fù)式壓縮機(jī)吸入和排出管道上靠近管口的放空、放凈閥的接管和壓力表的導(dǎo)壓管的壁厚要增加，并用筋板加固，以免受振后破裂。

要防止凝液進(jìn)入壓縮機(jī)氣缸，必須在各段吸入口前設(shè)吸入罐或凝液分離罐，除去凝液。當(dāng)吸入飽和狀態(tài)氣體時(shí)，常用加熱夾套以防冷凝。也可在吸入口裝過(guò)濾器，在管道設(shè)計(jì)時(shí)要設(shè)置備用過(guò)濾器或旁路和考慮清洗的方便。

壓縮機(jī)的入口管往往直徑較大，較費(fèi)鋼材，過(guò)長(zhǎng)的吸入管道會(huì)增加壓縮機(jī)的動(dòng)力消耗，所以壓縮機(jī)的入口管應(yīng)盡量地短而直。凝液分離罐要盡量靠近壓縮機(jī)入口。

壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)不允許有凝液回流。當(dāng)壓縮機(jī)出口氣體接近飽和狀態(tài)時(shí)，出口管上要設(shè)置排凝罐，同時(shí)安裝一個(gè)止回閥。壓縮機(jī)出口氣體不是飽和狀態(tài)的，由于排出氣體中多帶有潤(rùn)滑油，出口處要設(shè)置分離罐分離潤(rùn)滑油。

對(duì)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)要充分了解，壓縮機(jī)的管道不得妨礙操作和解體檢修。例如:壓縮機(jī)氣缸蓋是往前方卸下時(shí)，氣缸前方不應(yīng)布置管道;當(dāng)氣缸蓋是由上方吊卸時(shí)，氣缸上方不應(yīng)有管道。

若壓縮機(jī)和被壓縮的氣體用水冷卻時(shí).先將水接往后冷器，然后接往中間冷卻器，最后至冷卻汽缸夾套，以充分利用冷卻水。各級(jí)冷卻器的冷凝液各自用管道排出，要保證各級(jí)的排出壓力高于系統(tǒng)壓力。若把不同級(jí)冷卻器的冷凝液管合為一個(gè)系統(tǒng)，應(yīng)各自裝一個(gè)止回閥后接在一起。若被壓縮的是有毒或危險(xiǎn)性氣體，則應(yīng)把軸封處漏出的氣體排往壓縮機(jī)吸入口，以免污染周圍的空氣。

3 往復(fù)式壓縮機(jī)的配管系統(tǒng)

3.1 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(lái)決定。配管設(shè)計(jì)避免共振管長(zhǎng)，同時(shí)充分校核配管的支撐位置及固定方法，使其受到外來(lái)的強(qiáng)制力時(shí)不共振。

3.2 胍動(dòng)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(jī)的壓力胍動(dòng)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(jìn)行經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)。

3.3 冷卻器

壓縮機(jī)的冷卻器在低壓時(shí)多使用管殼式的。高壓時(shí)一般使用盤管式和套管式。冷卻器是由壓縮機(jī)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(zhǎng)，拐彎位置和固定點(diǎn)。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。

3.4 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(guò)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。

4 振動(dòng)的解析

通常，振動(dòng)的主要形式大致分自由振動(dòng)，強(qiáng)制振動(dòng)和自激振動(dòng)三種。

這種管路中的振動(dòng)理論是普通的，應(yīng)作為其中的強(qiáng)制振動(dòng)來(lái)進(jìn)行解析。振動(dòng)的發(fā)生源如前所述為壓縮機(jī)和透平泵等。由于在高速轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)部分存在某種程度的不平衡質(zhì)量，于是由不平衡離心力產(chǎn)生具有與轉(zhuǎn)數(shù)相等的振動(dòng)數(shù)的強(qiáng)制力，并引起附近結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，如果該轉(zhuǎn)數(shù)與附近結(jié)構(gòu)的自然振動(dòng)數(shù)接近，則引起共振現(xiàn)象，造成不可估量的火災(zāi)。

另外，如果輸送流體的管系的自然振動(dòng)數(shù)與壓力胍動(dòng)數(shù)接近，則引起共鳴，產(chǎn)生大周期的壓力變化。該周期的壓力變化傳到直接基礎(chǔ)和建筑物上。流體產(chǎn)生周期與流體通過(guò)拐彎部分時(shí)的動(dòng)量變化相等的的外部擾動(dòng)力，并對(duì)管系本身及與管系相接的設(shè)備和建筑物造成大損壞。

因此，當(dāng)管系的機(jī)械自然振動(dòng)數(shù)附近的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備發(fā)生的強(qiáng)制力相近時(shí)，必須絕對(duì)避免音響學(xué)的自然振動(dòng)數(shù)與流體胍動(dòng)的振動(dòng)數(shù)相等。

結(jié)語(yǔ)

目前，因石油煉制和石油化工工業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展，形成了高質(zhì)量、大容量的生產(chǎn)體系。新建裝置的大型化和原有裝置的改造、擴(kuò)建，對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)條件提出了更苛刻的要求，并造成了裝置功能的復(fù)雜化。與此相應(yīng)，管道的種類和數(shù)量也不斷增加，管道系統(tǒng)也更趨復(fù)雜。但長(zhǎng)期以來(lái)，因?yàn)楣艿赖慕M成件看起來(lái)比較簡(jiǎn)單，往往不大引起重視。由于對(duì)管道系統(tǒng)的重視不足，管道事故時(shí)有發(fā)生。因此，對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī)的配管設(shè)計(jì)，我們要格外重視。以避免曾有過(guò)的事故再次發(fā)生。

[1]諸林.化工原理[M].石油工業(yè)出版社，2007.

[2]李紅.化工機(jī)械應(yīng)用基礎(chǔ)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3]張國(guó)干.工業(yè)化學(xué)[M].湖南師范大學(xué)出版社，1998.