往复式压缩机配管设计

程 虹

福陆（中国）工程建设有限公司 （上海 201103）

工作研究

往复式压缩机配管设计

程 虹

福陆（中国）工程建设有限公司 （上海 201103）

结合具体工程实例，从设备平面布置、主要工艺管线和辅助系统管线的设计及支架设置等方面，介绍了往复式压缩机的配管设计，并具体分析了几种防振支架。

往复式压缩机 设备布置 管道设计 防振支架类型

泰国计划2012年开始实施欧Ⅳ燃油标准，该标准要求将汽油和柴油中最大硫含量控制在50μg/ mL内。在此前提下，雪佛龙公司（Chevron）旗下所属泰国星石油炼制公司（StarPetroleumRefiningCompany，以下简称SPRC）决定升级一系列炼油装置，以生产满足欧Ⅳ燃油标准的汽、柴油。本文的项目研究背景便是其中之一——位于泰国麦普塔普特（Map TaPhut）的新建汽油加氢装置。

该装置中循环气体压缩机（以下简称压缩机）采用往复式，型号选用通用-新比龙（GE-NuoVo Pignone）生产的SOP系列，四缸、双作用、单级压缩。其主要技术参数如下：（1）正常工况下设计处理量：45284.0Nm3/h；（2）吸入压力：14.64kg/cm2；（3）出口压力：24.28kg/cm2；（4）转速：333r/min；（5）驱动类型：电机；（6）电机功率：1342kW；（7）入口缓冲罐数量：2；（8）入口缓冲罐尺寸：∅660mm×2532 mm；（9）出口缓冲罐数量：2；（10）出口缓冲罐尺寸：∅786mm×1908mm；（11）吸入口温度：45℃；（12）出口温度：98℃。

1 流程简介

从氨吸收塔顶部出来的循环氢气体,经循环氢气液分离罐（15C205）后，大部分气体自罐顶输送至循环氢压缩机（15K201A、15K201B）入口。这部分气体的工艺介质主要是氢气，含部分C1、C2、C3等烃类和极少量重组分。对管道的工艺要求为无低袋，采用电伴热。循环氢压缩机出口气体送回至加氢脱硫反应器，同时有反飞动线连接至反应物空冷器前。正常工况时，两台压缩机同时运行。压缩机进出口管道由小口径跨线连接。出口管道设有安全阀，事故状态时气体排放火炬系统。

具体流程见图1。

2 设备布置

2.1 压缩机布置

压缩机的布置方式分露天布置、半露天布置和厂房内布置三种。压缩机区域和反应、分馏等其他工艺区域的间距要求必须完全符合泰国国家标准TAS-01-A5。结合装置规模并征询SPRC对新旧装置一致性的意见，决定将两台压缩机东西向并排露天布置，电机端设在南面。根据厂商提供的初步设备尺寸，在三维模型中进行设备外形、压缩机活塞抽出空间、维修空间、操作通道、仪表盘占位等一系列模拟，充分考虑检、维修和操作需要后，最终决定两台设备中心间距为12m。压缩机北面设有装置主管廊。管廊下方的检、维修通道可用于叉车行走。压缩机的几个附属设备，如润滑油包、冷却水系统循环包，本着便于维修、就近布置的原则，设置在主管廊与压缩机之间。其中所用的冷却器抽芯空间朝向主管廊，可利用主管廊下检维修通道运去修理厂维修。入口分液罐位于压缩机和主管廊之间。压缩机区东面布置有装置其他设备和容器，南面是4.5m维修道路、可用于吊车行走，西面是7.8m的厂区主通道。

2.2 平台设置

压缩机四周设操作平台。根据雪佛龙公司的设计安全规定，设备四周通道宽度不应小于762mm，在设计初期考虑将来有仪表占位，将平台宽度适当加大。为避免传振，操作平台立柱与压缩机基础严格分开。因入口管线无低袋的工艺要求，同时考虑到压缩机入口过滤器的检、维修，在压缩机北面与入口缓冲罐之间加设了操作平台，该平台下地面层安放润滑油包，中间设有一层管廊，用于架设压缩机所需工艺和公用工程管线，平台高度比压缩机四周平台高1.75m。两处平台中心由跨桥连通，并各自有直梯或斜梯通向地面。设备布置平面图见图2。

3 管道布置

3.1 主要工艺管线布置

主要工艺管线布置的基本原则是：两台压缩机进、出口管道对称布置；尽可能减少管道阻力降，避免或减缓管系振动；在满足应力分析和防振设计条件下，压缩机进出口管道尽量短而直，并减少弯头数量；管道和阀门布置不妨碍设备检修且便于操作。

进口管线沿压缩机北面操作平台四周水平布置，入口阀门、过滤器、压力变送器、温度计等均可在平台上进行操作、拆卸和维修。进口管线上的支架设置在混凝土柱子顶端。出口管线沿地面敷设在地面管墩上。为满足安全阀进出口自流的工艺要求，出口管线上的安全阀架设在装置主管廊顶部。

为避免因管径突然改变造成振动，对进出口管道上DN50以下的分支管，包括仪表元件、排凝、吹扫和放空接头等，作如下规定：（1）支管处均先变径为DN50，采用异径三通或加强管接头连接，再经异径短接变径到所需尺寸；（2）支管短接处管道表号不小于SCH160；（3）放空和排凝处尽量减少分支管长度。具体见图3。

3.2 辅助工艺管线布置

润滑油管系全部采用不锈钢材质法兰连接并分段组装，主管的末端用法兰、法兰盖密封；供油主管与回油主管分别布置在靠近机组底座的两侧，利用压缩机北面操作平台下的管廊与润滑油包相连接；回油主管沿流动方向有5%的坡度坡向油箱，回油支管与主管采用沿顺流方向45°斜接；各回油支管靠近机组处均设置视镜和温度计，便于观察回油情况并了解各轴承温度的变化。

置换用的氮气管道阀门组设置在地面层，靠两台压缩机中部操作平台楼梯两边镜像对称布置；压缩机各段冷却器的给排水管道总管均布置在机组底座基础两侧，因是有压回水，回水管道上的视镜设计安装在压缩机平台可观察处；放空管道均引至北面装置主管廊顶部平台3m以上放空；在压缩机区地面和平台上共设置三处公用工程站；根据SPRC要求，在排凝管下设置漏斗，敷设埋地管道，按不同要求引入含油污水罐或含氨污水罐。

4 支架设置

往复式压缩机的间歇吸入和排出会产生气体的压力脉动，压缩机本体的机械不平衡也会引起振动。管系振动会引起管系和管架的疲劳损坏、构筑物诱发振动以及噪声等。根据往复式压缩机的上述特点，支架设计的重点应放在防振上。通过应力分析，在确保应力和反力在允许范围内的前提下，主要采用限制和适当加大管道支架刚性的方式，增加支架数量，减缓气体压力脉动。通过合理设置导向支架和管卡，达到既要抗振、又不妨碍管道热位移的目的。供应商根据压缩机的设计参数，建议将其机械设备的激振频率初步按16.65Hz考虑，同时按表1来考虑管道支架最大间距，以保证管系的固有频率高于机械设备的激振频率至少1.5倍。为避免管道的机械振动固有频率、机械设备的振动频率、气体管道的音响频率互相重合，设计后期将设备图纸、管道轴视图、设备平面布置图交付第三方，委托其作整体振动分析。这是工程设计中的常规做法，第三方提出的整改建议通常是增加管道固定点和增设孔板，比如在压缩机出口设置孔板，降低孔板后管道内介质压力峰值，从而达到降低压力不均匀度、减缓管道振动等目的。普通支架可以在某种程度上起到防振作用，但普遍效果不佳，并且会降低或限制管系的热补偿能力。在管道支架的防振设置上，因减振垫的使用效果很好，近几年已在北美各工程公司广泛推广。其中推广较多的制造商为Fabreeka International和GERB Vibration Control System两家公司。减振垫在工业界使用已经超过70年，在设备机械上，主要用于重型机具的基础隔离，避免基础受到冲击与震动，进而防止混凝土基础龟裂与剥落，从而延长机具与基础结构的使用寿命。在土建结构上，可用作处理混凝土不规则表面与钢结构体因承载产生的转动或载重面不平行的问题。减振垫是一种多层、布料强化的弹性垫板，一方面其具有的高阻尼特性，可降低振动频率；另一方面其作为隔绝震动的承压垫板，可有效吸收振动冲击并降低结构噪音。减振垫在正常情况下可承载844kg/cm2的压力，但其承载能力亦取决于垫板的尺寸与厚度，可根据不同情况灵活选用。

在这次压缩机区设计中，采用的防振支架主要有以下几种类型：

（1）防振管垫

防振管垫用在不保温管道、保温管托或假管管托下方，由聚四氟乙烯垫、减振垫和钢板粘合在一起，也可采用钢板、减振垫和钢板粘合在一起的方式，下层钢板和支撑结构焊接在一起。若管道材质为不锈钢时，上层钢板则相应替换为不锈钢板，以防止渗碳。使用这种型式的防振管垫，管子和支架仍然是钢对钢接触，因此摩擦系数可按正常（0.3）来考虑。如上层钢板使用抛光不锈钢板，还可将摩擦系数进一步降低为0.1。

防振管垫在使用时，根据管径大小剪裁成不同尺寸，并可同时与导向支架、止推支架组合使用，起到限制管道位移的作用。见图4。

（2）防振管卡

卡箍由金属带制成，内衬2mm厚聚四氟乙烯板。管道下采用钢板和减振垫粘合在一起的方式，亦可与防振管垫结合在一起使用。紧固件由单头全螺纹螺柱、双螺母下加隔离垫圈组成，其中螺柱端头和支撑结构焊接在一起。

防振管卡在选用时可跟据管径大小选用不同宽度的金属带，紧固件也可增加为四组（一边两组）。

防振管卡是传统的防振措施之一，能有效控制管系高频率强迫振动，在允许管道有一定的轴向位移的同时，对管道施加了较大的刚性约束。现在的防振管卡更进一步加以改良，保证管道与管卡的充分接触，增加了支架对管道的阻尼作用。见图5。

（3）门型防振限位

由型钢组成门型，将管道上下卡紧。紧固件由单头全螺纹螺柱、螺母、垫圈组成，其中垫圈是由6mm厚垫片和12mm厚减振垫粘合而成。保温管道上下加保温管托以保护保温层，不保温管道下方加设减振管垫。可跟据管径大小选用不同规格的型钢。DN50以下的小口径管道，可直接用单头全螺纹螺柱替代门型支腿。和防振管卡比较，门型防振支架可承受更大的推力，但所需占位空间较大。在此次设计中，因压缩机入口管道所处操作平台空间足够，所以入口管道上广泛采用了门型防振支架。见图6。

（4）支管筋板加强

与振动管道直接相连的支管、放空管、排净管，由于管道的振动会直接传递给这些小管线，容易引起共振。因此在支架设置上，均采用筋板加强的方式，与振动管道固定在一起。这种做法比较传统，在此不再详细介绍。见图7。

5 结语

往复式压缩机的配管重点着眼于防振，从管道布置、支架设置等方面来考虑，只要采取充分的防振措施，便为压缩机的顺利运转打下了坚实的基础。

SPRC公司该加氢脱硫装置2008年11月开始初步设计，2009年9月开始施工图设计，2012年3月竣工投产，为期三年多。目前，该设备目前运转良好，顺利实现了预期目标。

Piping Design of Reciprocating Compressor

Cheng Hong

With a specific engineering example,introduced the piping design of reciprocating compressor from the aspects of equipment layout,main process line arrangement,auxiliary system piping arrangement and support setting,and then analyzed several anti-vibration supports in detail.

Reciprocating compressor; Equipment layout;Piping design; Type of anti-vibration support

（略）

TE 964

2014年5月

程虹 女 1972年生 本科 工程师 长期从事石油化工管道设计工作