往复式压缩机的布置及管道防振设计

杨陈博

(中石化洛阳工程有限公司，河南 洛阳 471003)

往复式压缩机的布置及管道防振设计

杨陈博

(中石化洛阳工程有限公司，河南 洛阳 471003)

往复式压缩机是石油化工装置中的重要设备，本文从往复式压缩机的布置，分析往复式压缩机引起管道振动的原因，以及管道的防振设计，从而解决往复式压缩机管道的振动问题。

往复式压缩机；设备布置；管道设计；防振

压缩机是一种用来压缩气体，借以提高气体压力的机械设备,是石油化工装置中重要设备之一。压缩机按照工作原理可分为容积型(容积型包括往复式、回转式、活塞式、膜片式、液环式、滑片式、转子式、螺杆式等)和速度型(速度型包括离心式、轴流式、混式等)，其中往复式压缩机是石油化工装置中常见的设备，往复式压缩机具有技术成熟，性价比高等优点，也存在噪音大，受运行特点会引起管道振动等缺点，在装置大型化的今天，如何在满足工艺流程的前提下，合理、安全的完成往复式压缩机的布置及其管道的设计，将直接影响到装置的平稳、有效的运行。

1 压缩机的选择

根据用户的需求，从气体组分、供气量、排气压力、进气压力与温度、排气温度及其他方面综合考虑来选择合适的往复式压缩机。

2 压缩机的布置

(1) 压缩机的布置在满足工艺要求的前提下，压缩机及其附属设备的布置应满足制造厂的要求，可以布置在露天、半露天和厂房内。

(2)压缩机在厂房内的布置时要考虑检维修和操作的要求，如需在厂房内设置二层楼板时，则还应该考虑在方便楼下检修车辆出入的位置设置吊装孔。吊装孔的尺寸应能满足机组最大尺寸吊装部件顺利进出的要求。

(3)比空气轻的可燃气体压缩机半敞开式或封闭式厂房的顶部用采取通风措施，二层楼板宜部分采用钢格板；比空气重的可燃气体压缩机厂房的地面不宜设地坑或地沟，厂房内应有防止可燃气体积聚的措施

3 往复式压缩机管道振动的原因

往复压缩机是气缸的活塞运动，其工作特点是吸、排气流呈间隙性和周期性,进出口管道内的流体呈脉动状态,使管道内气体参数形成周期性变化。这种现象称为气流脉动。脉动气流沿管道输送时,遇到弯头,三通,大小头,分支管等元件将产生随时间变化的激振力,激振力使管道产生一定的振动响应。压力脉动越大,管道振动的振幅和动应力越大。强烈的脉动气流会严重低影响阀门的正常开关,降低工作效率,除此以外,脉动气流引起的管道振动,会对管件造成破坏，从而发生泄漏，严重的话会造成火灾事故。

管道振动的第二个原因是共振.管道内气体构成一个系统,称为气柱.气柱本身具有的频率称为气柱固有频率.活塞的往复式运动的频率称为激发频率,管道及其组成件组成一个系统,该系统结构本身具有的频率称为管道机械固有频率,在工作上常把(0.8～1.2)f的频率范围作为共振区,当气柱固有频率落在激发频率的共振区内时,发生气柱共振,产生较大压力脉动.管道机械固有频率落在激发频率的共振区或气柱固有频率的共振区时,发生结构共振.因此必须避免发生气柱共振及结构的共振。

4 往复式压缩机管道布置

往复式压缩机由于活塞的往复运动造成流体的脉动, 使得压缩机进出口管道产生振动, 如不加以限制或排除, 易造成机器的损坏, 管道的破裂,甚至会引起重大事故。因此，合理的管道布置显得尤为重要，往复式压缩机进出口管道应沿地面布置，尽量减少弯头的数量，往复式压缩机的进出口管道应设置有坡度，并坡向集合管或者分液罐，管道低点需要加排凝，高点加放空，压缩机的管道应布置在操作平台下，阀门布置在操作平台的两侧，方便操作及检维修。

管道中不可避免地存在拐弯、变径、分支或设有节流、启闭元件等结构,这些激振源的存在,产生了激振力。因此管道布置时,在满足应力分析要求的情况下应尽量少拐弯,并且拐弯时尽可能用长半径弯头，切断阀选用不宜产生涡流的阀门,且不使用变径管件。这些措施都可有效地降低激振力水平,从而降低振动带来的危害。

管道内的平均压力p是生产装置的工艺操作参数,主要取决于工艺操作要求,一般是不宜改变的,但可以通过局部瞬时高压来降低压力不均匀度。在压缩机出口设置孔板,当压缩机排气时,气体的流速、流量和压力由较高值逐渐降低并跨过吸气低压阶段直到下次排气为止,从而达到降低孔板下流管道内介质压力峰值即降低压力不均匀度的目的。设置孔板时还应注意,孔径比宜取0. 43～0. 5,孔板厚度宜取3～5 mm。但设置孔板也有不利的一面,它会造成气体压力的损失,管路中的任何压力降对工艺的操作都是不利的,一般情况下,该压力降不应超过管路平均压力的0. 25 %。因此,孔板的应用应慎重,当采取其它措施可以降低管路中的压力不均匀度时,最好不用孔板。

由于压缩热及工艺介质本身的温度而使管道热胀产生热应力,所以压缩机进出口管道的热应力问题也是不容忽视的。管道如果要用蒸汽吹扫,蒸汽温度高于介质温度时,应按蒸汽温度考虑管道的柔性。由于出口管道内的压力脉动引起的压力波动范围较大,所以出口管道上不得设置波形补偿器,需自然补偿。在管道的振动分析和设计完成之后,还应对管道进行静应力校核,并使由压力脉动和其它载荷产生的综合一次应力不超过管道的许用应力值,对压缩机、缓冲罐、冷凝器、分液罐等设备的管嘴和支架的推力应不大于允许值。

压缩机主要工艺管道的分支、拐弯和变径应尽可能选用标准管件。对于不宜采用标准管件的地方,如超出三通尺寸范围的分支处及仪表管嘴处,应采取恰当的补强措施,这是因为该结构处存在应力集中,产生的峰值一般较大,且在振动情况下遭受的是交变载荷,它将会很快导致结构的疲劳破坏。同样,此类管道中不应采用螺纹连接。因分支管较小,更易产生振动,分支管道应有适当的支撑。放空、排凝及仪表阀门应尽量靠近主管安装，在管道上，有可能产生积液的位置，应采取排净设施并加丝堵等防泄漏措施。

5 往复式压缩机管道支架的设计

往复式压缩机应该采用防振管卡并生根在相应的管墩上(如图 1)，不能使用其他的管托和吊架。防振管卡采用扁钢来增加管卡和管道的接触面积，管卡和管道的接触面之间使用橡胶板。管道上的仪表分支以及DN≤40的分支管道，要考虑增加支架加强固定。管墩应避免生根在压缩机的基础和厂房的梁柱上，用于生根防振支架的管墩必须有足够的刚度，防振支架的距离要经过管道的固有频率的分析，避开该频率，防止引起共振。

图1 往复式压缩机管道支架

管道阀门的自重改变了管道的载荷平衡, 容易产生振动, 为防振在阀门前后均设置了支架。由于压缩机出口管道内介质被压缩产生升温使管道热胀产生应力, 因此在考虑管道振动时, 还应考虑管道的热应力。

6 结论

往复式压缩机的运行特点会引起的管道振动，在满足工艺要求前提下，合理的管道布置和防振支架的设置，可以有效的解决往复式压缩机管道振动的问题，满足现场的操作及检修的方便，实现安全生产。

[1] 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.

[2] 岳进才.压力管道技术[M]. 北京：中国石化出版社，2006.

[3] 贺科峰，张政林，杜鹏翔. 循环气压缩机管道振动原因分析及消振措施[J].压缩机技术,2001(3):20-22.

[4] 中国石油化工集团公司.GB50160-2008 石油化工企业设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2009.

[5] 张德江, 王怀义，刘绍叶.石油化工装置工艺管道安装设计手册，第一篇，设计与计算[M].北京：中国石化出版社，2004.

(本文文献格式：杨陈博.往复式压缩机的布置及管道防振设计[J].山东化工，2016，45(12)：135-136.)

Layout and Piping Vibration-proof Design of the Reciprocating Compressor

Yang Chenbo

(SINOPEC Luoyang Petrochemical Engineering Co.,Ltd., Luoyang 471003,China)

Reciprocating compressor is an important petrochemical plant equipment, this article from the reciprocating compressor arrangement, analyze the reasons causing reciprocating compressor piping vibration and vibration-proof design of the pipe, so as to solve the vibration problem reciprocating compressor pipes .

reciprocating compressor; equipment layout; piping design; Vibration control

2016-04-18

杨陈博(1983—)，工程师，2006年就职于中石化洛阳工程有限公司，主要从事管道设计的工作。

TH457

B

1008-021X(2016)12-0135-02