往復式壓縮機管道振動原因分析及對策

楊德鈺++曹明

摘 要：往復式壓縮機是石化、化工裝置中的重要設備，其出口管道的振動會影響到安全生產(chǎn)，管道振動的原因是多樣的，必須重視振動的消除與控制。本文主要分析往復式壓縮機管道振動的原因，探討消除往復式壓縮機管道振動的措施。

關(guān)鍵詞：往復式壓縮機；管道振動；原因；措施

目前，往復式壓縮機由于自身優(yōu)勢，在石化、化工行業(yè)中得到了廣泛應用。而往復式壓縮機結(jié)構(gòu)復雜，容易出現(xiàn)故障，故障的表現(xiàn)形式是多樣的，如管道振動是常見的故障，嚴重時導致泄漏、爆炸，威脅安全生產(chǎn)。一般情況下，往復式壓縮機吸排氣是間斷性的，出口管道中氣體流動不是定常的，導致出口管道中的氣流壓力與速度出現(xiàn)周期性變化，也就是會有氣流脈動。氣流脈動會引發(fā)管道振動，還有其他原因也會引起管道振動。管道振動會導致管道疲勞損傷，特別容易使小口徑管道損壞；導致管道保溫材料破損；管道振動及噪聲對人體的不良影響等。管道振動會使管道各部件的連接部位發(fā)生松動與破裂，很容導致泄漏問題，嚴重時還會引發(fā)爆炸。所以要分針分析管道振動的原因，找出切實可行的措施消除管道振動，確保往復式壓縮機的安全運行。往復式壓縮機出現(xiàn)管道振動的原因是多樣的，必須給予重視，本文主要分析往復式壓縮機管道振動的原因，探討消除往復式壓縮機管道振動的措施。

一、往復式壓縮機管道振動原因分析

（一）氣流脈動引起的管道振動

往復式壓縮機管道振動是由多種原因引起的，但生產(chǎn)中的管道振動多是由氣流脈動引發(fā)的。壓縮機管道中充滿氣體即氣柱，能壓縮、膨脹，所以氣柱本身是一個彈性振動系統(tǒng)，在周期性吸排氣擠壓下，會使進出口管道內(nèi)的流體呈脈動狀態(tài)，導致管內(nèi)流體參數(shù)隨著位置、時間做周期性變化，這就是氣流脈動。氣流脈動不僅會降低壓縮機的容積效率，降低產(chǎn)量，加大消耗功率，還會引發(fā)管道強烈震動，威脅安全生產(chǎn)。從氣流脈動大小與壓力不均勻度來看，當管道的氣流壓力不均勻度增大時，振動頻率就高，振動能量就會加大，對管道帶來的破壞性也會越大。如果脈動氣流通過管道彎頭、分支管、閥門等時，壓力不均勻度會引發(fā)管道振動的強大激振力，出現(xiàn)管道的機械振動。

（二）共振引起的管道振動

往復式壓縮機管道內(nèi)輸送的氣體是氣柱，氣柱能壓縮、膨脹，有一定的質(zhì)量。它本身固有的頻率是氣柱固有頻率，管道及其組件構(gòu)成一個系統(tǒng)，此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有一定的頻率即管系機械固有頻率。機組活塞往復運動頻率是激發(fā)頻率，其計算公式mn/60Hz。一般工程中把0.8～1.2的頻率范圍作為激發(fā)頻率共振區(qū)，如果氣柱固有頻落在這個共振區(qū)內(nèi)，會產(chǎn)生較大的壓力脈動而引發(fā)氣柱共振；如果管系機械固有頻率落在這個共振區(qū)內(nèi)，會引發(fā)結(jié)構(gòu)共振，這都會導致不良后果。因此配管設計應避免發(fā)生氣柱及結(jié)構(gòu)共振，可通過調(diào)整氣柱固有頻率和管系固有頻率來實現(xiàn)。

（三）外力引起的管道振動

管道振動的原因是多樣的，如強風橫吹時，會在管線背風面產(chǎn)生渦流而引發(fā)管道振動；地震會引發(fā)管道振動等。

（四）機組振動引起的管道振動

壓縮機的機組動力平衡性能較差、安裝不當、基礎設計不當?shù)?，會引發(fā)壓縮機機組和管道振動，進而影響與它連接的管道，引發(fā)管系振動。

二、往復式壓縮機管道減振措施

（一）壓力脈動減振措施

氣流脈動引發(fā)管道振動很常見，可以通過降低管內(nèi)氣流壓力的不均勻度，減小氣流壓力脈動幅值來消振，這對緩解管道振動是非常重要的。

1.避開氣柱共振

往復式壓縮機要消振首先應避免氣柱共振，因為共振帶來的后果較為嚴重。通過計算氣柱固有頻率，錯開氣柱固有頻率與活塞激發(fā)頻率，達到消除共振的目的。

2.設置緩沖器

合適的緩沖器不僅能改變管系氣柱固有頻率，還能降低氣流脈動的幅值，被認為是最簡單有效的環(huán)節(jié)氣流脈動的設施。但緩沖器容積大小與安放位置是非常關(guān)鍵的，為了充分發(fā)揮緩沖器的作用，應將緩沖器放在緊靠壓縮機的進排氣口。緩沖器和管道要采取合適的連接方式，實踐證明，緩沖器容積比氣缸每行程容積大10倍上，并且安裝位置合適，流入管道的氣流就會平穩(wěn)，達到減振的目的。一般來說，緩沖器有兩種形式，一是單個容器的緩沖器，二是兩個容器串聯(lián)形成的濾波型緩沖器。實際運用中，如果要緩沖器前管路內(nèi)有較小的壓力脈動，可以選用單個容器的緩沖器來消振；如果希望緩沖器后管路內(nèi)有較小壓力脈動，可以用濾波型緩沖器，兩者各有自身優(yōu)勢。緩沖器與管道連接方式，對振動有較大影響。如果連接方式不合適，起不到相應的減振作用。

3.增設孔板

往復式壓縮機在適當位置增設孔板，能降低管內(nèi)的壓力不均勻度，達到減振目的，是減振的有效措施之一。通常情況下，在大容器入口處安裝合適孔板，使管道尾端不具有反射條件。同時孔板尺寸也會影響減振效果。

4.設置氣流脈動衰減器

衰減器的原理是聲學濾波原理，相比于緩沖器，衰減器有更好的減振效果，但是其結(jié)構(gòu)比較復雜、形式多樣，成本較高。目前，實踐中運用的多孔聲學濾波器是效果較好的，也是應用最廣的，比較適合與油分離器配合使用。

5.增設集管器

管道并聯(lián)運行時，會匯合處脈動量會迭加，迭加可能會使脈動相互抵消，也可能相互增強。為了避免出現(xiàn)這種問題，可以在匯合處安裝集管器，一般情況下集管器的通流面積高于進氣管通流面積總和的三倍以上。

（二）改進管系結(jié)構(gòu)措施

往復式壓縮機要消振，還要注意管系結(jié)構(gòu)振動計算，將機械振動的振幅和動應力控制在允許的范圍內(nèi)。

1.應對機械共振措施

要避免機械共振，需要改變結(jié)構(gòu)的固有頻率，可以通過改變位置、數(shù)量等方法完成。壓縮機的吸排氣管道要與壓縮機基礎和建筑物脫開，不能在平臺上生根，設計成獨立的支架，并保證較低的支架高度，能有效避免機械共振。管道支架要設在拐彎、分支等附件，要采用特殊的抑振管架，不能只起承重作用。

2.避免氣流速度與方向突變措施

管道內(nèi)氣液壓力不均勻度較高的地方，應盡量保持管線平直，少用彎管。必須使用彎頭的地方，要注意彎管的彎曲半徑較大，轉(zhuǎn)角盡量小，防止氣液方向突然變化。在異徑接頭的地方，要盡可能減小收縮口角度，避免管徑收縮突然性。

參考文獻：

[1]郭軍.往復式壓縮機管道振動原因與減振措施[J].廣東科技，2014（12）.

[2]翟廷科，劉雪東，劉文明，劉文櫸.往復式壓縮機出口管道振動分析及消振措施[J].化工機械，2010（2）.