大型往复式压缩机的管道布置和减振探讨

2016-03-14程玉峰东华工程科技有限公司安徽合肥230024

化工管理 2016年21期

程玉峰(东华工程科技有限公司,安徽　合肥　230024)

大型往复式压缩机的管道布置和减振探讨

程玉峰(东华工程科技有限公司,安徽合肥230024)

近年来随着我国煤化工产业的高速发展，往复式压缩机在其中应用愈加广泛。随着装置的规模越来越大，对压缩机的管道布置提出了更高的要求，尤其往复式压缩机管道的防振设计。本文将结合新疆某项目CO压缩工段和置换气压缩工段往复式压缩机的管道布置经验，探讨大气量往复式压缩机在管道布置和防振设计的基本原则和应注意的问题。

1　往复式压缩机简介

1.1往复式压缩机的工作原理

往复式压缩机属于容积式压缩机，工作原理是通过曲轴连杆机构，将曲轴的旋转运动转化为气缸内活塞的往复运动，通过减少气体所占据的封闭空间的容积，来提高气体的压力。曲轴旋转一周，活塞往复一次，气缸内相继实现膨胀、吸气、压缩、排气的过程。往复式压缩机具有单机打气量小、结构复杂、压比可以选择很大、价格相对较低等特点。由于往复机运动部件多、易损件多，一般都有备机。

1.2往复式压缩机的系统组成

往复式压缩机系统一般包含四个子系统：工艺气系统、油路系统、密封系统和冷却系统，如果是透平驱动还有蒸汽冷凝液系统。气路系统作为主系统完成对气体的加压。冷却系统又分为冷却气缸、填料的脱盐水循环系统和冷却各级换热器及驱动电机的冷却水循环系统。油路系统主要是对压缩机进行润滑，减轻摩擦，并带走摩擦产生的热量。密封系统采用氮气进行密封，以防止轴封处气体外泄。

1.3往复式压缩机管道系统的特点

往复式压缩机在吸气和排气的过程中呈周期性和间歇性的动作，使得管道内气流的压力、流速和密度等参数都随着位置和时间作周期性变化，这种现象称为气流脉动［1］。脉动的气流遇到弯头、三通、异径管、阀门等管道件后，将产生随时间变化的激振力，受此激振力的作用，管道系统产生振动。由于压力脉动始终存在，管道系统在允许的范围内存在一定程度的振动是正常现象，但应该避免剧烈的振动。

2　往复式压缩机的管道布置

往复式压缩机管道布置首先应符合工艺及设备制造商的流程要求，应做到安全可靠、经济合理。其次还要保证安装、操作与检修方便，尤其要注意留出气缸、冷却器的抽芯空间，压缩机附近管道要整齐美观。

根据往复式压缩机的工艺特点，分区布置工艺气管道、润滑油管道、氮气密封管道和冷却水管道。工艺气管道的布置是压缩机管道布置的重点和难点。冷却水管道的布置则关系到系统的美观，尤其是冷却气缸的脱盐水管道，由于管道较多且各级气缸之间的间距有限，为了确保操作、观察和检修方便，尽量将各级气缸的脱盐水管道统一引到气缸外侧，成排布置。润滑油管道和氮气密封管道的管径较小，布置相对简单，但需避免管道的碰撞和方便阀门的操作。

3　往复式压缩机工艺气管道的防振设计

在往复式压缩机管道布置中，如何降低工艺气管路的振动一直是设计人员十分关注的问题，因为管道系统的剧烈振动，会造成管道及其附件的松动、疲劳、破裂，轻则发生泄漏，重则造成火灾、爆炸等严重事故。

管道的剧烈振动有两方面的有原因：一是管道内气柱的压力脉动，二是管道系统的共振。共振又可分为气柱共振和机械共振。当激发频率与某一阶气柱自振频率相重合时，气柱振动系统将产生强烈的振动响应，压力脉动幅值达最大，此为气柱共振。管道系统本身就是一个连续弹性体，存在结构固有频率，当压力脉动的激振力频率与管道结构固有频率相近时，管道产生机械共振［2］。

3.1消减气柱的压力脉动

调整气柱固有频率、设置孔板和缓冲罐等可以有效减小气柱的压力脉动。调整气柱的固有频率不仅涉及到管道系统的设计，还涉及到缓冲器的尺寸和位置等。其中，设置压缩机进、出口缓冲罐被认为是最简单、有效的减缓气流脉动的措施。进、出口缓冲罐尽量与气缸直连，气体经过缓冲罐后压力脉动明显下降。设置孔板的目的主要是降低压力的不均匀度，通常设置在压缩机出口处，但实践中较少采用这种措施，因为孔板会增加系统阻力，造成气体的压力损失，而管路中的任何压力降对工艺的操作都是不利的。

3.2调整管系固有频率

控制管道的剧烈振动的有效途径是改变管系的结构固有频率，避免发生机械共振，而管系的固有频率的改变可以通过优化管道走向、调整管支架型式、数量和位置来实现。

首先，要优化管道走向。压缩机进出口管道应尽可能的用直管，且直管段不宜过长，去往冷却器和分离罐的管道要短而直，少用弯头，且管件尽量使用标准管件，因为标准管件强度较强，如弯头尽可能使用长半径弯头或45°弯头。其次，合理设置管道支架。对工艺气管道系统的气流脉动进行声学模拟分析可以帮助我们确定管道支座的型式、位置及数量，将管道振动控制在合理范围内。支架一般采用防振管卡，管卡与管道之间可以垫木块、聚四氟乙烯板或石棉橡胶板，保证管道与管卡充分接触。此外，防振管卡的支架不能支撑在厂房的基础、楼板、平台和设备上，必须是独立支撑，尽量落地生根。在调节阀组、安全阀组等集中质量处，应增加支架数量，支架形式也应是防振关卡。