氯乙烯壓縮機(jī)出口管路振動(dòng)及減振措施

陶　巍，王　輝，閻　偉

（天津渤天化工有限責(zé)任公司，天津 300480）

氯乙烯壓縮機(jī)出口管路振動(dòng)及減振措施

陶巍，王輝，閻偉

（天津渤天化工有限責(zé)任公司，天津 300480）

對壓縮機(jī)出口管線系統(tǒng)壓力不均勻進(jìn)行了分析，找出壓縮機(jī)出口管線振動(dòng)的原因，并提出了改造方案。

壓縮機(jī)；振動(dòng)；減振

渤天化工有限責(zé)任公司一套氯乙烯單體壓縮工序中使用的是往復(fù)壓縮機(jī)，其中，南京壓縮機(jī)廠生產(chǎn)的L315-20/8型號6臺，無錫壓縮機(jī)廠生產(chǎn)的LW-40/8型號2臺。因?yàn)樵霎a(chǎn)的原因，壓縮機(jī)批次不同，型號不同，設(shè)備擺放不規(guī)則，開車時(shí)壓縮機(jī)出口管路振動(dòng)明顯，并伴有很大的噪聲，多次造成管道支撐松動(dòng)，隨時(shí)隨地存在管道疲勞破裂、單體外泄的可能，對裝置安全生產(chǎn)構(gòu)成極大威脅。解決壓縮機(jī)管道振動(dòng)問題對裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行、提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要的意義。

1　管路振動(dòng)分析

1.1氣流壓力脈動(dòng)引起的管系振動(dòng)

活塞式壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，吸氣、排氣是間斷性的，兩者交替進(jìn)行；另外，活塞運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間而變化，這種現(xiàn)象會(huì)引起管道內(nèi)氣流的不穩(wěn)定，產(chǎn)生流體壓力脈動(dòng)。壓力脈動(dòng)會(huì)給壓縮機(jī)工作造成不利影響，如降低氣閥的使用使排氣量增大或者減小；破壞安全閥的嚴(yán)密性以及引起管路和設(shè)備振動(dòng)等。

壓縮機(jī)吸、排氣的間歇性，使管道內(nèi)氣流呈脈動(dòng)狀態(tài)，壓力脈動(dòng)的幅度大小，可用壓力不均勻度來表示，其定義為：

式中：Pmax—脈動(dòng)最大壓力；

Pmin—脈動(dòng)最小壓力；

脈動(dòng)壓力的幅度是指偏離平均壓力的最大幅度，即：

顯然，管路中壓力脈動(dòng)的不均勻度越大，振動(dòng)頻率越高，振動(dòng)能量也越大，越容易損壞管路。特別當(dāng)氣流經(jīng)過管路中的閥、彎頭等位置，壓力不均勻度越大越有可能是管路振動(dòng)的主要激振力。在管路連接位置生成的振動(dòng)應(yīng)力是整個(gè)結(jié)構(gòu)疲勞破壞的重要原因。所以對使用中的管路氣流壓力不均勻度要有一定的限制［1，2］。

1.2管路機(jī)械共振

壓縮機(jī)的管路振動(dòng)，除了氣流壓力脈動(dòng)引起的振動(dòng)原因外，任何一種激振力 （例如氣流脈動(dòng)沖擊力，壓縮機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的不平衡慣性力，轉(zhuǎn)軸對中不良時(shí)的機(jī)械脈動(dòng)力等）都能激發(fā)管路的機(jī)械振動(dòng)，其中脈動(dòng)流體在管路的轉(zhuǎn)彎、變截面、閥門、盲管等處沖擊產(chǎn)生的管路機(jī)械振動(dòng)最為常見。管路系統(tǒng)根據(jù)配管情況、支撐類型、支撐位置以及邊界條件不同，也有自己的一系列固有頻率，如果激振力的主頻率與管系固有頻率一致，雖然激振力并不很大，但會(huì)激起很強(qiáng)的管路機(jī)械共振。

某些配管不適當(dāng)?shù)膫€(gè)別情況，會(huì)發(fā)生激發(fā)頻率、氣柱固有頻率和管路固有頻率同時(shí)重合或接近，則將使氣柱共振和管路機(jī)械共振同時(shí)出現(xiàn)，管路振動(dòng)將十分劇烈，從而可能會(huì)給設(shè)備或管路造成嚴(yán)重的損傷。

2　減振方案的實(shí)施

管路壓力脈動(dòng)實(shí)質(zhì)上是一種周期性的氣流沖擊波浪，消減壓力脈動(dòng)就是消減壓力的不均勻度，減小其脈動(dòng)幅度。通常的預(yù)防措施是在管路系統(tǒng)中加裝各種類型的消振器，例如緩沖器、聲學(xué)濾波器等。當(dāng)然，管道中氣流壓力的不均勻度首先與激發(fā)源有關(guān)，在多缸壓縮機(jī)中，缸體的分布方式和各缸曲柄的錯(cuò)角位置將會(huì)直接影響到壓力的波長和波動(dòng)的均勻性。

該公司由于之前的簡單改造如改變支撐點(diǎn)、加固支撐等方式，改變管道的固有頻率等，未使管路振動(dòng)減小，且振動(dòng)有愈演愈烈的趨勢，故判斷該管路振動(dòng)主因不是由管路共振引起的，而是壓力脈動(dòng)。故按照減小壓力脈動(dòng)方式進(jìn)行改造。

該壓縮機(jī)組為8臺并聯(lián)，且大排量與小排量壓縮機(jī)混合開動(dòng)，受限于現(xiàn)場環(huán)境，增產(chǎn)時(shí)壓縮機(jī)位置擺放相對雜亂；管路出口走向不統(tǒng)一；吸、排氣順序與氣閥開啟時(shí)間長短以及氣缸的結(jié)構(gòu)大小、曲柄錯(cuò)角等都同樣，開動(dòng)起來更加容易加大管路內(nèi)氣體的壓力脈動(dòng)。

參照已有的資料，綜合現(xiàn)場條件，采用消音管、緩沖器相結(jié)合的方案減振。

2.1裝設(shè)緩沖器

緩沖器等同于蓄能器，如同一個(gè)水庫擔(dān)負(fù)著能量調(diào)節(jié)的作用。當(dāng)緩沖器上游處在壓力波的峰值時(shí)，因?yàn)闅怏w具有彈性作用，壓力波進(jìn)入緩沖器后壓縮當(dāng)中的氣體，壓力波的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為緩沖器內(nèi)氣體被壓縮后的彈性勢能。反之，當(dāng)緩沖器上游處在壓力波的波谷時(shí)，緩沖器內(nèi)被壓縮的氣體膨脹，勢能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，彌補(bǔ)了管路內(nèi)瞬時(shí)壓力的下降。通過這樣的能量轉(zhuǎn)換，緩沖器如同一個(gè)氣體彈簧，對振源起到隔振的作用。進(jìn)而把出緩振器后的氣體壓力脈動(dòng)峰值降低了很多。同時(shí)，根據(jù)聲學(xué)濾波原理設(shè)計(jì)，緩沖器可看作容積型（或稱膨脹型）濾波元件，其對高頻波具有較強(qiáng)的抑制作用［3，4］。

緩沖器筒體設(shè)計(jì)為?500×8，材質(zhì)為Q245R，長度為811mm。

已知無錫壓縮機(jī)廠生產(chǎn)的LW-40/8型大壓縮機(jī)二段氣缸內(nèi)直徑D1=340mm，行程H=200mm，氣缸體積V=0.785×0.342×0.2=0.018（m3），緩沖器體積V1=0.204（m3），V1/V=0.204/0.018=11.3，滿足V1/V＞10。

考慮到安裝制造及使用方便，緩沖罐一律按照此體積設(shè)計(jì)。并且由于原出口管埋于地下，為了便于施工，緩沖器安裝在靠近墻面的豎立管路上，緩沖罐進(jìn)出口管沒有位于罐的中心。

2.2消音管確定

聲學(xué)濾波器的消振作用是根據(jù)諧波分析中的聲學(xué)濾波原理設(shè)計(jì)的。按照傅里葉變換原理，任一周期性變化波形均可分解為不同頻率的諧波，因此周期性變化的壓力波形也可以分解為一系列不同頻率的諧波。不同形式的濾波元件及氣流能夠通過和消減的諧波頻率是不同的。

圖1　消音管示意圖

圓孔型濾波元件在管壁上開有很多小孔，對低頻壓力波有很好的反射作用，使其沿主管路不能透射，對低頻波的抑制作用較強(qiáng)，但不能反射高頻壓力波。和緩沖期結(jié)合使用，同時(shí)對高、低頻波都有抑制作用。

消音管利用各個(gè)小孔將氣柱切分成眾多細(xì)小氣柱，這樣會(huì)減小對管路的激振力，同時(shí)減小噪音，類同于消音器。

取消音管孔徑d1=10mm，取A孔＞A管。

A管=（0.785×（15.9-0.4×2）2）=179（cm2）；

A孔=245×0.785×12=192（cm2）；

A管—壓縮機(jī)出口管截面積（cm2）；

A孔—消音管所有孔截面積之和；

取孔數(shù)N=245個(gè)。消音管示意圖見圖1。

3　改造效果

改造前管路振動(dòng)較大，即使加裝固定的抱卡、墻體固定卡，但時(shí)間長了固定卡會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，墊片出現(xiàn)泄漏。改造完成后振動(dòng)在合理范圍之內(nèi)，振幅大大減小，消除了困擾生產(chǎn)多年的不安全隱患。

［1］沈慶根，鄭水英.設(shè)備故障診斷.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［2］黨錫淇，陳守五，夏永源.孔板消減氣流脈動(dòng)機(jī)理的分析.西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1979，13（2）：49-59.

［3］張瑞琳.活塞式壓縮機(jī)管道系統(tǒng)振動(dòng)分析及改進(jìn).流體機(jī)械，2000；28（6）：40-42.

［4］伊建玉，楊維群，袁慶祿，等.壓縮機(jī)氣體管道的振動(dòng)原因及消振方法.壓縮機(jī)技術(shù)，2002；9（4）：38-39.

Vinyl chloride compressor outlet piping vibrationand vibration reductionmeasures

TAOWei，WANGHui，YANWei
（Tianjin Botian ChemcialCo.，Ltd.，Tianjin 300480，China）

Through the field observation，no uniformity，etc for the pipeline system pressure is analyzed. Find out the reason of compressor outlet pipeline vibration，and reasonable reconstruction scheme is put forward.

compressor；vibration；vibration reduction

TQ051.21

B

1009-1785（2015）09-0027-03

2015-05-18