往復式壓縮機管道振動案例設(shè)計探討

程時波，馮德林，吳勝軍

(航天長征化學工程股份有限公司蘭州分公司，甘肅蘭州 730010)

往復式壓縮機是煉油和化工裝置中重要的化工機械設(shè)備，為煤化工、石油化工裝置提供高壓氣體。往復式壓縮機的應用非常廣泛，其種類繁多，結(jié)構(gòu)形式各異，尺寸大小和壓力高低差異也很大[1]。另外，由于往復式壓縮機結(jié)構(gòu)復雜，零部件多，發(fā)生的故障也是多種多樣，因此對壓縮機各部分的運行狀態(tài)監(jiān)測，相對來說比較困難。

某220 kt/a乙二醇項目配套煤氣化裝置，CO2壓縮系統(tǒng)一期配置2臺(1開1備)MD- 267/81型往復式(六列五級往復對動水冷式)壓縮機。其作用是將低溫甲醇洗裝置送來的CO2或空分裝置送來的N2進行升壓至工藝要求的壓力后，提供給氣化裝置；氣化裝置開車用的高壓N2和正常生產(chǎn)用的高壓CO2共用1套MD- 267/81型往復式壓縮機。

1 現(xiàn)場振動情況

通過現(xiàn)場實際勘察，MD- 267/81型往復式壓縮機的五段出口至除油器管線(輸送介質(zhì)CO2，操作壓力8.1 MPa，設(shè)計壓力9.20 MPa，操作溫度110 ℃，設(shè)計溫度為150 ℃，管道DN 100 mm，壁厚SCH60，腐蝕裕度1.5 mm，管道材質(zhì)為碳鋼，保溫容重100 kg/m3)發(fā)生振動，造成裝置不能長周期、穩(wěn)定運行。該管道為氣化系統(tǒng)輸煤用CO2,在運行過程中主要存在以下問題。

(1)當壓力升至3.0 MPa左右，管道振動劇烈，除油器螺栓全部振松、脫落，影響氣化系統(tǒng)的正常開車。

(2)壓縮機進氣口管道振動嚴重，原支架已振裂，管架失效，就對一級進氣管道管架進行了加固，增設(shè)了管道剛性支架，使管道振動有所降低。

(3)壓縮機四級出口管道壓力脈動大，造成管道振動。因氣化裝置充、泄壓周期的進行對壓縮機出口管道壓力的擾動較大，故造成管道振動。業(yè)主對壓縮機出口管道進行了多處加固，增加了減振管架，降低了管道的振動頻率。

(4)壓縮機四回一管道沒有冷卻器，當四級出口管道壓力超壓時，無法回到一級；壓縮機回路管線設(shè)計存在問題，影響裝置的平穩(wěn)操作。

2 振動原因分析

(1)為滿足管內(nèi)氣體壓力不均勻度的限制要求，APl- 618規(guī)定脈動抑制裝置容積應符合以下要求：需要的最小排出緩沖容積Vd≤需要的最小吸入緩沖容積Vs，且Vs≥0.028 m3。

(2)管道機械共振是指管道結(jié)構(gòu)固有頻率與壓縮機激振力頻率一致或接近時，使管道振動成倍增大的現(xiàn)象，因此，管道結(jié)構(gòu)固有頻率ω1應避開0.8～1.2ω(ω為壓縮機激振力頻率)的區(qū)域，工程中通常避開0.5～1.5ω；設(shè)計時，通常使ω1在ω的1.5倍以上。

3 往復式壓縮機段間氣體管道支吊架設(shè)計

往復式壓縮機段間氣體管道為振動管道，管道振動不但影響壓縮機的正常工作，嚴重時甚至會造成工廠停產(chǎn)，對企業(yè)的經(jīng)濟效益造成很大損失。因此，在設(shè)計段間管道支吊架時，應注意以下一些問題：①支架應采用防振管卡、高壓減振管托(J7)、振動管道用管托(J13)，不能只是簡單支撐；②支架間距應經(jīng)過振動分析后確定，一般宜在正常跨距的1/3處設(shè)置支吊架，并排管道不應設(shè)聯(lián)合支架，宜設(shè)獨立支架，可防止管道發(fā)生共振；③支架結(jié)構(gòu)和支架的生根部分應有足夠的剛度[2]；④宜設(shè)獨立基礎(chǔ)，盡量避免生根在廠房的梁柱上；⑤當管內(nèi)介質(zhì)溫度較高，產(chǎn)生熱脹時，應滿足柔性分析的要求；⑥支架應盡量沿地面設(shè)置；⑦對于閥門比較集中布置的位置，宜設(shè)閥門架，設(shè)置獨立基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

(1)從氣體壓力脈動方面分析并處理了管道的振動問題，同時考慮了管道的固有頻率與管道結(jié)構(gòu)剛度之間的關(guān)系，即管道結(jié)構(gòu)的剛度越大其固有頻率也就會越高，相同應力下產(chǎn)生的位移也就越小，反之亦然。因此，在脈動激振力不大及管道靜力分析通過的條件下，可首先通過調(diào)整管道的固有頻率來避免管道系統(tǒng)的振動，即通過簡化管道走向，增加限位架、導向架、固定架等方式來增加管道系統(tǒng)的剛度，以此提高其固有頻率，避免管道的振動[3]。

(2)綜合考慮各種因素，在今后的設(shè)計項目中，進行有效的段間管道配管布置以及支吊架的選型，避免往復式壓縮機段間管道發(fā)生振動，可為今后往復式壓縮機段間管道配管提供一些設(shè)計經(jīng)驗。