6M80型往复式压缩机管道设计

杨　华

(中石化洛阳工程有限公司，河南　洛阳　471003)



6M80型往复式压缩机管道设计

杨华

(中石化洛阳工程有限公司，河南洛阳471003)

在塔河0.6 Mt/a的连续重整的炼油装置中首次应用了6M80型往复式压缩机。本文对6M80型往复式压缩机管道布置、振动分析以及压缩机进出口管道的支架设置进行了讨论，同时也介绍了往复式压缩机进出口管道的支架设计要点及注意事项。经过对进出口管道震动计算结果的分析，说明管道布置是符合相关规范要求的。从2014年7月现场开气运行至今，机组及进出口相关管道运行稳定。

6M80型；往复式压缩机；管道设计；支架设计

催化重整装置是以汽油(主要是直馏汽油)为原料生产高辛烷值汽油及轻芳烃(苯、甲苯、二甲苯)的重要炼油过程。同时也生产相当数量的副产氢气，而氢气是炼厂加氢裂化等用氢装置的重要来源[1]。重整氢增压机在重整装置中的作用是将重整产生的氢气加压后送至全厂氢气管网供其他装置使用。因此，它的运行情况直接影响着其他用氢装置的安全稳定生产。

1　流程简介

在塔河0.6 Mt/a的连续重整装置中，重整氢增压机型号为6M80-276/2.3-29.5六列三级对称平衡型往复式压缩机，一段三个气缸为一级压缩，二段两个气缸为二级压缩，三段一个气缸为三级压缩。其主要流程为自重整反应来的氢气经一段入口分液罐(0211-V-202)除去携带的液体后进入重整氢增压机的一段进行压缩，压缩气经一段出口空冷器(0211-A-202A/B)冷凝冷却后，进入二段入口分液罐(0211-V-210)进行气液分离。0211-V-210顶气体进入0211-C-202 A/B的二段进行压缩后，经二段出口空冷器(0211-A-204A/B)冷凝冷却，然后进入三段入口分液罐(0211-V-203)进行气液分离。0211-V-203顶气体进入0211-C-202A/B的三段进行压缩，经三段出口空冷器(0211-A-203)冷凝冷却后，再经再接触氢气换热器等设备冷却以及再接触罐分液后的氢气出装置，见图1，各段的设计条件见表1。

图1　压缩机流程图

温度/℃压力/MPa一段入口600.43一段出口1570.98二段入口600.93二段出口1381.97三段入口601.92三段出口1303.19

2　平面及管道设计要点

通常往复式压缩机入口分液罐要靠近压缩机布置，以使压缩机吸入管道尽量短且弯头数量最少从而使压力损失最小，同时进出口管道上的弯头应使用弯头的曲率半径大于等于1.5倍的管道公称直径(弯头的曲率半径尽可能大从而减少产生激振力的场所及激振力的力幅，从而减少机械振动振幅)，由于压缩机进出口管道及与其相连接的相关辅助管道易振动，因此在布置相关管道时应尽量降低振动管道标高，并将其敷设在抗震管墩上；由于压缩机进出口管道上的阀门及其他相关管线较多，应在配管区设置操作平台。

本文中的6M80型压缩机管道在布置时主要存在以下特点：该机组共2台，一开一备，进出口管道口径大，三段的进出口的口径分别为DN600、DN400、DN300，出口的口径分别为DN450、DN300、DN250，靠近在并且三段进出口管嘴的管道上的两个弯头均选用3倍管道公称直径的大半径弯头；压缩机的进出口相关管道布置在压缩机厂房外的管桥地面层，管桥宽度为6000 mm。因此，要布置管道时既要考虑在6000 mm宽度范围内布置下三段进出口相关管道、阀门和操作平台，同时还要考虑相关支架设计使得其满足振动计算要求。综上考虑，该压缩机设备及相关管道的平面布置如图2所示。

图2　设备及管道平面布置

3　进出口管道气流脉动和振动分析

3.1设计方法选择

API618《石油、化工和天然气工业用往复式压缩机》中对机器制造厂规定了三种分析设计方法：

设计方法1——经验的脉动抑制装置确定尺寸；

设计方法2——声学模拟和管路约束力分析；

设计方法3——声学模拟和管路约束力分析，加上力学分析(如必要带强制机械响应分析)。

表2　设计方法选择

从表2中可以看出，机器气缸功率越大、出口功率越高，要求做的分析也就越详细。本压缩机排气绝对压力分别10.8 bar、20.7 bar、32.9 bar，由表1可以看出压缩机应该根据设计方法2进行压力脉动及振动控制，但是该表格的设计方法选择只是一个推荐，并非强制要求。最终为了安全起见及相关协议要求，该机组的进出口相关管道按设计方法3进行分析。

3.2一般要求

(1)气缸法兰处所允许的脉动值：API618中第7.9.4.2.5.2.1款3R%或7%的较小值。

(2)脉动抑制装置允许的压降：第7.9.4.2.5.3.1款公式或0.25%取二者的较大(R-级压力比)。

(3)对于管道绝对压力在3.5～350 bar之间运行的系统，每个单独的脉动部件的脉动峰-峰值应限定在公式(1)内。

(1)

式中：a——气体的声速，m/s

PL——平均绝对管线压力，bar

DI——管道内径，mm

f——脉动频率，Hz

当管内气体绝对压力低于3.5 bar时，式(1)中的平均绝对压力PL取3.5，且此时式(1)中的结算结果是压力脉动的峰-峰值，不是百分数。当管内气体绝对压力高于350 bar时，则需要详细计算管道循环应力峰-峰值，并满足循环应力峰-峰值的要求。

3.3管道振动振幅

管道振动振幅(峰-峰值)的许用值和危险值参照API618中的第7.9.4.2.5.2.4款中的指导值，见图3。

(1)当管道的振动频率低于10 Hz时，管道允许的振幅为0.5 mm；

(2)当管道的振动频率介于10～200 Hz时，管道振动允许值为近似恒定的振动速度(峰-峰)32 mm/s2。

图3　API618管道振动设计指导值

4　进出口管道气流脉动和振动结果分析

本机组的的管道振动计算委托范围为：压缩机入口分液罐至压缩机间的管道、压缩机出口至空冷器间的管道、压缩机出口安全阀相关管道(安全阀出口后第一个支架做固定支架)以及进出口之间的联通线，同时在委托时应将相关设备图纸提供给振动分析单位。

根据压缩机厂家相关计算结果，通过建立管系的数学模型，对其进行声学模拟分析得出该机组的三段进排气单元均处于较低的共振频率放大函数水平，即管系不会发生共振现象；同时机组各段管线在主激发频率下的脉动幅值也低于API允许值。

各段进出口管系中节点的最大振幅和循环应力最大峰值见表3。

表3　节点的最大振幅和循环应力最大峰值

从表3看出，进出口相关管系各节点的振幅值满足API618(第5版)中图4-不连续频率的管路设计振动要求；本机组进出口的设计温度最高为130℃，管道材质均为碳钢，根据API618中规定，在考虑了所有的应力集中因素存在和所有其他应力在适用范围限定内，其峰-峰值循环应力应小于180 MPa[2]。因此，根据计算结果可以看出，进出口相关管系中各节点也完全满足API618中要求的循环应力峰-峰值小于180 MPa的条件。

5　管道支吊架设计要点

(1)管道上的防震支架应设置在管道转向处、分支、变径处和有集中载荷处等。

(2)往复式压缩机管道系统的支架应选用防震管卡或者固定支架，不能选用普通支托，严禁选用吊架[3]。

(3)防震关卡不得选用圆钢或者U型螺栓制作，应选用扁钢，以增加防震管卡与管道的接触面积，并且应在防震管卡与管道之间垫衬一周3 mm厚的非石棉橡胶垫，同时防震管卡上的螺栓应选用双螺母，以防止当管道产生振动时将单螺母震松甚至震掉；此处值得注意的是通常设计防震关卡中垫入的非石棉橡胶垫或者其他垫板应尽量薄，以增加管道与支架间的刚度，避免管道与支撑间变成弹性连接[4]。

(4)在施工过程中，如果采用带管托的防震管卡，则管托必须与其生根的部位焊牢，最好采用连续焊，不宜点焊或者直接放在生根部位。

(5)防震支架应采用独立基础，避免生根在压缩机及其电机的基础、操作平台或者厂房的平台、立柱上，以防止相互影响扩散振动。

(6)自压缩机进出口管道上引出的DN≤40的分支及仪表管口应采取加强措施。

6　结　语

本文通过对塔河0.6 Mt/a的连续重整装置中的6M80型重整氢增压机组的管道设计进行了讨论，由相关的计算分析结果可以看出，该机组的管道设计符合API的相关要求，从2014年7月现场开气运行至今稳定运行，从而该管道布置也得到了实践检验，是可行的。6M80型往复式压缩机是在石化装置中首次应用的次类型大型机组，因此本机组的设计可以为以后同类机组设计提供了一定的参考价值。

[1]李成栋.催化重整装置技术问答[M].北京:中国石化出版社，2010:1-2.

[2]郭文涛.API618第5版关于脉动与振幅的控制要求[J].压缩机技术,2009(6):25-29.

[3] 唐永进.往复压缩机管道防振设计中的一些问题[J].压缩机技术，2001(2):6-9.

[4]郁永章,姜培正,孙嗣莹.压缩机工程手册[M].北京:中国石化出版社，2011:427-429.

Pipe Design of 6M80 Type Reciprocating Compressor

YANG Hua

(Luoyang Petrochemical Engineering Corporation,Sinopec,Henan Luoyang 471003,China)

6M80 type reciprocating compressor is first applied in the Tahe Refinery Chemical Company 0.6 Mt/a Continuous Reforming Unit.The pipe arrangement and vibration analysis of 6M80 type reciprocating compressor and the setting of the frame of the compressor suction and discharge pipes were discussed,the key points of the reciprocating compressor’s piping design were also introduced.The results of vibration analysis of the pipeline showed that the pipeline layouts met the relevant specification requirements.The compressor set and suction and discharge pipes worked well and stabile from the unit operated in July 2014 to the present.

6M80 type; reciprocating compressor; piping design; support design

杨华，男，工程师，2006年毕业于西北大学化工学院，2006年毕业至今在中石化洛阳石油化工工程公司配管室从事管道设计工作。

TE9

A

1001-9677(2016)06-0113-03