往復(fù)式壓縮機的布置及管道防振設(shè)計

楊陳博

(中石化洛陽工程有限公司，河南 洛陽 471003)

往復(fù)式壓縮機的布置及管道防振設(shè)計

楊陳博

(中石化洛陽工程有限公司，河南 洛陽 471003)

往復(fù)式壓縮機是石油化工裝置中的重要設(shè)備，本文從往復(fù)式壓縮機的布置，分析往復(fù)式壓縮機引起管道振動的原因，以及管道的防振設(shè)計，從而解決往復(fù)式壓縮機管道的振動問題。

往復(fù)式壓縮機；設(shè)備布置；管道設(shè)計；防振

壓縮機是一種用來壓縮氣體，借以提高氣體壓力的機械設(shè)備,是石油化工裝置中重要設(shè)備之一。壓縮機按照工作原理可分為容積型(容積型包括往復(fù)式、回轉(zhuǎn)式、活塞式、膜片式、液環(huán)式、滑片式、轉(zhuǎn)子式、螺桿式等)和速度型(速度型包括離心式、軸流式、混式等)，其中往復(fù)式壓縮機是石油化工裝置中常見的設(shè)備，往復(fù)式壓縮機具有技術(shù)成熟，性價比高等優(yōu)點，也存在噪音大，受運行特點會引起管道振動等缺點，在裝置大型化的今天，如何在滿足工藝流程的前提下，合理、安全的完成往復(fù)式壓縮機的布置及其管道的設(shè)計，將直接影響到裝置的平穩(wěn)、有效的運行。

1 壓縮機的選擇

根據(jù)用戶的需求，從氣體組分、供氣量、排氣壓力、進氣壓力與溫度、排氣溫度及其他方面綜合考慮來選擇合適的往復(fù)式壓縮機。

2 壓縮機的布置

(1) 壓縮機的布置在滿足工藝要求的前提下，壓縮機及其附屬設(shè)備的布置應(yīng)滿足制造廠的要求，可以布置在露天、半露天和廠房內(nèi)。

(2)壓縮機在廠房內(nèi)的布置時要考慮檢維修和操作的要求，如需在廠房內(nèi)設(shè)置二層樓板時，則還應(yīng)該考慮在方便樓下檢修車輛出入的位置設(shè)置吊裝孔。吊裝孔的尺寸應(yīng)能滿足機組最大尺寸吊裝部件順利進出的要求。

(3)比空氣輕的可燃氣體壓縮機半敞開式或封閉式廠房的頂部用采取通風措施，二層樓板宜部分采用鋼格板；比空氣重的可燃氣體壓縮機廠房的地面不宜設(shè)地坑或地溝，廠房內(nèi)應(yīng)有防止可燃氣體積聚的措施

3 往復(fù)式壓縮機管道振動的原因

往復(fù)壓縮機是氣缸的活塞運動，其工作特點是吸、排氣流呈間隙性和周期性,進出口管道內(nèi)的流體呈脈動狀態(tài),使管道內(nèi)氣體參數(shù)形成周期性變化。這種現(xiàn)象稱為氣流脈動。脈動氣流沿管道輸送時,遇到彎頭,三通,大小頭,分支管等元件將產(chǎn)生隨時間變化的激振力,激振力使管道產(chǎn)生一定的振動響應(yīng)。壓力脈動越大,管道振動的振幅和動應(yīng)力越大。強烈的脈動氣流會嚴重低影響閥門的正常開關(guān),降低工作效率,除此以外,脈動氣流引起的管道振動,會對管件造成破壞，從而發(fā)生泄漏，嚴重的話會造成火災(zāi)事故。

管道振動的第二個原因是共振.管道內(nèi)氣體構(gòu)成一個系統(tǒng),稱為氣柱.氣柱本身具有的頻率稱為氣柱固有頻率.活塞的往復(fù)式運動的頻率稱為激發(fā)頻率,管道及其組成件組成一個系統(tǒng),該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本身具有的頻率稱為管道機械固有頻率,在工作上常把(0.8～1.2)f的頻率范圍作為共振區(qū),當氣柱固有頻率落在激發(fā)頻率的共振區(qū)內(nèi)時,發(fā)生氣柱共振,產(chǎn)生較大壓力脈動.管道機械固有頻率落在激發(fā)頻率的共振區(qū)或氣柱固有頻率的共振區(qū)時,發(fā)生結(jié)構(gòu)共振.因此必須避免發(fā)生氣柱共振及結(jié)構(gòu)的共振。

4 往復(fù)式壓縮機管道布置

往復(fù)式壓縮機由于活塞的往復(fù)運動造成流體的脈動, 使得壓縮機進出口管道產(chǎn)生振動, 如不加以限制或排除, 易造成機器的損壞, 管道的破裂,甚至會引起重大事故。因此，合理的管道布置顯得尤為重要，往復(fù)式壓縮機進出口管道應(yīng)沿地面布置，盡量減少彎頭的數(shù)量，往復(fù)式壓縮機的進出口管道應(yīng)設(shè)置有坡度，并坡向集合管或者分液罐，管道低點需要加排凝，高點加放空，壓縮機的管道應(yīng)布置在操作平臺下，閥門布置在操作平臺的兩側(cè)，方便操作及檢維修。

管道中不可避免地存在拐彎、變徑、分支或設(shè)有節(jié)流、啟閉元件等結(jié)構(gòu),這些激振源的存在,產(chǎn)生了激振力。因此管道布置時,在滿足應(yīng)力分析要求的情況下應(yīng)盡量少拐彎,并且拐彎時盡可能用長半徑彎頭，切斷閥選用不宜產(chǎn)生渦流的閥門,且不使用變徑管件。這些措施都可有效地降低激振力水平,從而降低振動帶來的危害。

管道內(nèi)的平均壓力p是生產(chǎn)裝置的工藝操作參數(shù),主要取決于工藝操作要求,一般是不宜改變的,但可以通過局部瞬時高壓來降低壓力不均勻度。在壓縮機出口設(shè)置孔板,當壓縮機排氣時,氣體的流速、流量和壓力由較高值逐漸降低并跨過吸氣低壓階段直到下次排氣為止,從而達到降低孔板下流管道內(nèi)介質(zhì)壓力峰值即降低壓力不均勻度的目的。設(shè)置孔板時還應(yīng)注意,孔徑比宜取0. 43～0. 5,孔板厚度宜取3～5 mm。但設(shè)置孔板也有不利的一面,它會造成氣體壓力的損失,管路中的任何壓力降對工藝的操作都是不利的,一般情況下,該壓力降不應(yīng)超過管路平均壓力的0. 25 %。因此,孔板的應(yīng)用應(yīng)慎重,當采取其它措施可以降低管路中的壓力不均勻度時,最好不用孔板。

由于壓縮熱及工藝介質(zhì)本身的溫度而使管道熱脹產(chǎn)生熱應(yīng)力,所以壓縮機進出口管道的熱應(yīng)力問題也是不容忽視的。管道如果要用蒸汽吹掃,蒸汽溫度高于介質(zhì)溫度時,應(yīng)按蒸汽溫度考慮管道的柔性。由于出口管道內(nèi)的壓力脈動引起的壓力波動范圍較大,所以出口管道上不得設(shè)置波形補償器,需自然補償。在管道的振動分析和設(shè)計完成之后,還應(yīng)對管道進行靜應(yīng)力校核,并使由壓力脈動和其它載荷產(chǎn)生的綜合一次應(yīng)力不超過管道的許用應(yīng)力值,對壓縮機、緩沖罐、冷凝器、分液罐等設(shè)備的管嘴和支架的推力應(yīng)不大于允許值。

壓縮機主要工藝管道的分支、拐彎和變徑應(yīng)盡可能選用標準管件。對于不宜采用標準管件的地方,如超出三通尺寸范圍的分支處及儀表管嘴處,應(yīng)采取恰當?shù)难a強措施,這是因為該結(jié)構(gòu)處存在應(yīng)力集中,產(chǎn)生的峰值一般較大,且在振動情況下遭受的是交變載荷,它將會很快導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的疲勞破壞。同樣,此類管道中不應(yīng)采用螺紋連接。因分支管較小,更易產(chǎn)生振動,分支管道應(yīng)有適當?shù)闹?。放空、排凝及儀表閥門應(yīng)盡量靠近主管安裝，在管道上，有可能產(chǎn)生積液的位置，應(yīng)采取排凈設(shè)施并加絲堵等防泄漏措施。

5 往復(fù)式壓縮機管道支架的設(shè)計

往復(fù)式壓縮機應(yīng)該采用防振管卡并生根在相應(yīng)的管墩上(如圖 1)，不能使用其他的管托和吊架。防振管卡采用扁鋼來增加管卡和管道的接觸面積，管卡和管道的接觸面之間使用橡膠板。管道上的儀表分支以及DN≤40的分支管道，要考慮增加支架加強固定。管墩應(yīng)避免生根在壓縮機的基礎(chǔ)和廠房的梁柱上，用于生根防振支架的管墩必須有足夠的剛度，防振支架的距離要經(jīng)過管道的固有頻率的分析，避開該頻率，防止引起共振。

圖1 往復(fù)式壓縮機管道支架

管道閥門的自重改變了管道的載荷平衡, 容易產(chǎn)生振動, 為防振在閥門前后均設(shè)置了支架。由于壓縮機出口管道內(nèi)介質(zhì)被壓縮產(chǎn)生升溫使管道熱脹產(chǎn)生應(yīng)力, 因此在考慮管道振動時, 還應(yīng)考慮管道的熱應(yīng)力。

6 結(jié)論

往復(fù)式壓縮機的運行特點會引起的管道振動，在滿足工藝要求前提下，合理的管道布置和防振支架的設(shè)置，可以有效的解決往復(fù)式壓縮機管道振動的問題，滿足現(xiàn)場的操作及檢修的方便，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。

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(本文文獻格式：楊陳博.往復(fù)式壓縮機的布置及管道防振設(shè)計[J].山東化工，2016，45(12)：135-136.)

Layout and Piping Vibration-proof Design of the Reciprocating Compressor

Yang Chenbo

(SINOPEC Luoyang Petrochemical Engineering Co.,Ltd., Luoyang 471003,China)

Reciprocating compressor is an important petrochemical plant equipment, this article from the reciprocating compressor arrangement, analyze the reasons causing reciprocating compressor piping vibration and vibration-proof design of the pipe, so as to solve the vibration problem reciprocating compressor pipes .

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2016-04-18

楊陳博(1983—)，工程師，2006年就職于中石化洛陽工程有限公司，主要從事管道設(shè)計的工作。

TH457

B

1008-021X(2016)12-0135-02