6M80三級出口安全線振動原因分析

劉洪波

摘要：針對塔河煉化60噸/年連續(xù)重整裝置重整氫增壓機組6M80-276/2.3-29.5往復(fù)機三級出口安全線振動的原因進行了分析，并提出消除振動的整改措施，合理布置安裝固定管卡。

關(guān)鍵詞：增壓機;管道;振動;效果

1 前言

塔河煉化有限責(zé)任公司60噸/年連續(xù)重整裝置重整氫增壓機組6M80-276/2.3-29.5往復(fù)機是裝置的核心設(shè)備，設(shè)備運行性質(zhì)為一開一備，三級壓縮、六列水平安裝，該設(shè)備擔(dān)負(fù)住著國家絲綢古道建設(shè)和一帶一路發(fā)展格局，具有一定的戰(zhàn)略意義，在2014年7月在塔河煉化公司連續(xù)重整裝置上進行工業(yè)應(yīng)用，一級三個缸、二級兩個缸、三級為一個缸，水平安裝，當(dāng)時屬于全國最大往復(fù)機組，在2015年7月三級出口安全線在往復(fù)機的管流脈沖作用下產(chǎn)生振動，管道振動會給壓縮機安全運行帶來很大隱患，嚴(yán)重了會造成事故給公司造成不可估量的經(jīng)濟損失，因此需要對產(chǎn)生振動的原因進行分析，采取相應(yīng)的處理措施，達到消除振動，提高機組的運行可靠度，保證裝置的平穩(wěn)運行[1]。

2管線振動的危害

2.1機組系統(tǒng)管道振動根本原因

機組系統(tǒng)管道振動根本原因在于機組的設(shè)計、安裝、操作及運行等方面，系統(tǒng)管道振動直接反映了轉(zhuǎn)動設(shè)備的機械性能及運行情況[2-3]。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)備及管道發(fā)生振動時，應(yīng)針對具體情況，逐一分析可能造成振動的原因，找出問題的癥結(jié)后，再經(jīng)過認(rèn)真的討論和分析制定可行、有效的處理措施加以消除，將振動危害減輕到最低限度。

2.2往復(fù)機

往復(fù)機是一種通過活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運動來壓縮氣體，增加氣體壓力并且當(dāng)氣體壓力達到一定值后輸送的大型機械。往復(fù)機具有高效率、廣范圍應(yīng)用、很強的通用性等優(yōu)點外，它們的安全性、可靠性和經(jīng)濟性是衡量一個國家在機械行業(yè)的發(fā)展水平和發(fā)展?fàn)顩r的標(biāo)志。往復(fù)機已有一百多年的歷史，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化、性能預(yù)測以及工藝制造等方面已經(jīng)更加完善，特別是采用多級壓縮比采用回轉(zhuǎn)壓縮能得到更高的壓縮比。因此，在高壓壓縮機中，往復(fù)機有不可取代的優(yōu)勢?？墒悄壳埃瑖鴥?nèi)安全生產(chǎn)的形勢依然嚴(yán)峻，大型設(shè)備發(fā)生故障的概率依然是居高不下，人員傷亡、國民經(jīng)濟損失也日益增加。在制造行業(yè)，產(chǎn)品的設(shè)計、試驗、生產(chǎn)及投入市場的周期是相關(guān)企業(yè)生存和發(fā)展的關(guān)鍵。對于如何快速、便捷地設(shè)計出經(jīng)濟可靠的機械類產(chǎn)品，這依然是工程科技人員的重點研究內(nèi)容和研究方向?？墒且驗檫@些產(chǎn)品的設(shè)計周期長、結(jié)構(gòu)巨大、制造費用高等多方面的原因，這就導(dǎo)致了目前在產(chǎn)品的靈活性、經(jīng)濟性和可靠性等方面存在的問題也一天天的增加。除此之外，產(chǎn)品質(zhì)量的高技術(shù)性以及特殊性還滿足不了國內(nèi)的發(fā)展需求，轉(zhuǎn)速低、運行周期長這些實際運行特點一直困擾著往復(fù)式壓縮機。特大型往復(fù)機組成為“十三五”期間壓縮機行業(yè)重點發(fā)展的關(guān)鍵產(chǎn)品，它是我國大型石化行業(yè)項目建設(shè)的關(guān)鍵設(shè)備，同時也體現(xiàn)了一個國家在壓縮機科技水平方面的發(fā)展。近些年來，大型往復(fù)式機制造技術(shù)在很大程度上得到了提升，國內(nèi)產(chǎn)品除了穩(wěn)定質(zhì)量外，還正向著特大型、集成化和智能化等方面發(fā)展。

我廠應(yīng)用的往復(fù)機發(fā)揮了巨大的效益，但在運行過程中，管道振動問題時常出現(xiàn)，給壓縮機安全運行帶來很大隱患，必須要采取相應(yīng)的處理措施，達到消除振動，提高機組的運行可靠度，保證裝置的平穩(wěn)運行。

3管線振動原因分析

60噸/年連續(xù)重整裝置重整氫增壓機，型號：6M80-276/2.3-29.5，機組管道布置圖如圖1. 機組C202B在2015年7月25日開機運行時，出現(xiàn)三級安全閥引出線振動劇烈的現(xiàn)象。

3.1塔河重整氫氣增壓機

6M80在工作時由于往復(fù)機的做往復(fù)運動氣流在管道內(nèi)不穩(wěn)定同事時伴隨脈動的產(chǎn)生，脈動氣流沿著管道輸送時會形成不穩(wěn)定的氣柱對管道進行沖擊，從而形成管道的機械振動，壓力脈動越大，管道的振動振幅越大。重整氫增壓機由于氣體的分子量的變化，改變了原來的系統(tǒng)平衡，進而導(dǎo)致氣流脈動引起三級出口至安全閥管線振動。通過現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)管道東西方向振動值仍較大，下圖中黑色箭頭處為振動值最大處，箭頭方向為振動方向，測量值為29.2mm/s。

6m80大型往復(fù)式氫氣壓縮機于2014年7月11日正式投入工業(yè)運行，具體參數(shù)如下： 流量：18000～20000N m?/h; 入口壓力：一級0.247MPa，二級0.601M 三級1.441 MPa; 出口壓力：一級0.650MPa，二級1.492MPa， 三級2.612 MPa;排氣溫度：一級116℃，二級103.1℃，三級97.2℃;

軸 功 率：3696Kw（取正常負(fù)荷時的電流254.5A， 電壓10.3KV）;

3.2現(xiàn)場對比情況

經(jīng)過現(xiàn)場對往復(fù)機出口管道流程分析，通過設(shè)備技術(shù)組共同討論和查閱資料，判定引起往復(fù)機三級出口至安全閥線振動為管線內(nèi)部的壓力脈沖氣體，經(jīng)過計算壓力脈動值是滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，往復(fù)機的壓力脈沖是不可避免的，可以通過求，往復(fù)機的壓力脈沖是不可避免的，可以通過緩沖器、支架、孔板等措施減小管線的振動。由于裝置運行狀態(tài)增加孔板不考慮。圖2為現(xiàn)場原有三級安全閥管線支架設(shè)置情況和分析設(shè)計的設(shè)置情況對比模型：

3.3頻率求和分析

現(xiàn)場支架設(shè)置情況分析可知，其固有頻率為5.1849HZ 正好落在壓縮機一階激振頻率5HZ的共振區(qū)間

壓縮機的激發(fā)頻率f=nm/60

F 為激發(fā)頻率HZ

n 為壓縮機主軸轉(zhuǎn)速（r/min）

m 為簡諧階次，m=1、2、3、4 ……..? m=1 是主簡諧;

本壓縮機主軸轉(zhuǎn)速為 300 r/min? ;因此其激發(fā)頻率為 5HZ 、10HZ、 15HZ、 20HZ等， 因此管線的固有頻率應(yīng)該避開低階的共振區(qū)間，否則容易引起振動。需要按照分析結(jié)論設(shè)置支架。

4管道消振處理

為保證裝置的平穩(wěn)運行，必須采取有效措施對6M80往復(fù)機的三級出口至安全閥管線振動進行有效控制。通過檢測頻率求和分析后可得出結(jié)論如圖4支架整改措施。

4.1防振支架建議形式

下面圖中的防振管卡、防振支架主要跟據(jù)HGT21629-99?管架標(biāo)準(zhǔn)圖集?J-7、A-11等形式防振管托下面圖中的防振管卡、防振支架主要跟據(jù)HGT21629-99?石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計施工圖冊?第三冊管道吊架支架中的HK-1、HK-2、HK-3性管托，彎頭支托采用WT-3、WT-5。

4.2防振支架建議形式

圖5中的防振管卡、防振支架主要跟據(jù)HGT21629-99?管架標(biāo)準(zhǔn)圖集?J-7、A-11等形式防振管托下面圖中的防振管卡、防振支架主要跟據(jù)HGT21629-99?石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計施工圖冊?第三冊管道吊架支架中的HK-1、HK-2、HK-3性管托。

4.3支架制作要求

往復(fù)壓縮機工藝管道防振支架設(shè)計和制造要求，

4.3.1往復(fù)壓縮機管道系統(tǒng)的支架應(yīng)采用防振管卡或固定支架，不能采用簡單支托，

更不能采用吊架。支架的材料一般采用Q235B.

4.3.2、防振管卡不得采用U型螺栓式管卡，應(yīng)用扁鋼制作，并如上面圖片中所示，在薄弱位置焊接筋板以增加管卡的剛度，并且防振管卡與管道間應(yīng)墊襯一周2mm～3mm橡膠墊。

4.3.3、若采用帶管托的防振管卡，則管托底板必須與其生根部位焊接牢固，不能簡單放置。

4.3.4、防振支架虛設(shè)獨立基礎(chǔ)，避免生根在壓縮機及其電機的基礎(chǔ)、操作平臺和廠房的粱柱上，以防止相互影響擴散振動。

4.3.5、防振支架的結(jié)構(gòu)和支架的生根部分應(yīng)具有足夠的剛度，

4.3.6、支架立柱應(yīng)采用大規(guī)格H型鋼或鋼筋混凝土制作以保證其足夠的剛度和強度。

滿足以上幾點要求，才能保障往復(fù)式壓縮機管路系統(tǒng)的振動得到有效控制。

4.4增加管托

往復(fù)機的壓力脈沖是不可避免的，通過檢測頻率、求和分析后，在原設(shè)計的管架處增加兩個抱卡是正確的。圖6為整改后圖片。

4.5對管托內(nèi)進行填充增加接觸面積

部分管托和支架與管道的接觸面積是不夠的，為提高接觸面積向接觸面填充金屬材料或內(nèi)高溫非金屬材料，從而增加了接觸面積，使管卡的牢固性得到了保障。

4.6做好日常生產(chǎn)維護

日常維護方面應(yīng)按時巡檢維護，對機組定期做振動檢測，對新增加的管托和支架定期檢查;對機組相關(guān)管道、法蘭、支架、管托、管卡進行檢查緊固;防止三級安全閥管線振動和導(dǎo)致現(xiàn)場振動噪音增大;防止平臺、鋼格板等附屬構(gòu)架產(chǎn)生共振，經(jīng)過進4年的維護工作，發(fā)現(xiàn)機組運行一段時間后有螺栓松動的現(xiàn)象，主要在法蘭、螺栓、管卡、相關(guān)緊固件處又發(fā)現(xiàn)松動，技術(shù)專業(yè)編制定期維護計劃、制定出緊固時間，每三個月進行檢查維護一次，保障各緊固件可靠運行，表2為近期維護檢測數(shù)據(jù)，原測量值為29.2mm/s，現(xiàn)在平均為2.9mm/s，完全符合設(shè)計振動要求，目前該機組及相關(guān)管線運行平穩(wěn)。

5結(jié)論

綜上所述60噸/年連續(xù)重整裝置重整氫增壓機三級安全閥引出線產(chǎn)生振動劇烈是壓縮機工作時氣流脈動所致，是主要原因，管道結(jié)構(gòu)是引起振動主要的條件;通過增加防振管托、防振支架、防振管卡;對防振管卡內(nèi)進行填充材料來增加管道與管卡的接觸面積，使管卡的牢固性得到了保障;做好日常生產(chǎn)維護工作等方式使三級安全閥引出線振動劇烈現(xiàn)象消除，問題徹底解決，保障了重整氫增壓機和管道的安全平穩(wěn)運行。

5參考文獻

[1] 吳強.大件貨物加氫反應(yīng)器運輸方案設(shè)計與實施[D].大連：大連海事大學(xué)，2016.

[2] 王慧.湖北咸寧核電廠大件運輸方案研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2017.

[3] 霍樹軍.電網(wǎng)企業(yè)大件運輸方案評價研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2016.