离心压缩机管道改造设计研究

王先年，齐丽媛，张金磊，丁浩，陈继成，董政，姚先玲，苏盛

（上海利策科技股份有限公司，上海 200233）

·工程与设计·

离心压缩机管道改造设计研究

王先年，齐丽媛，张金磊，丁浩，陈继成，董政，姚先玲，苏盛

（上海利策科技股份有限公司，上海 200233）

依托天津渤海化工厂压缩机出口管道改造工程，使用CAESAR II软件对压缩机出口管道进行受力分析。判断出导致压缩机出口受力过大的原因，通过调整管道支吊架的形式与位置，改善了设备管口的受力，保证了离心压缩机的正常运行。

离心压缩机；CAESAR II；应力分析

离心压缩机属于转动机器，因此在通过管道输送物料时由于受介质的温度和压力等因素的影响，管道会产生动、静荷载的附加作用力，在管道设计改造中，如果管道的约束点及约束形式设计不合理，就会造成管道的局部作用荷载不均衡、管系震动严重及管端扭矩过大，由此导致转动轴的不对称、转子与定子之间的间隙改变，进而影响设备的正常运行，甚至毁坏设备。因此必须对管道作出强度及安全性评价，主要变形分析和管道支吊架设计等，以达到限制作用于转动机器的荷载［1］。

本文结合工程实例，选用CAESAR II管道应力计算软件来分析判断，压缩机出口受力过大的原因并提出改造措施。

1 工程简介

煤气化压缩机在停工检修时，更换了离心压缩机出口管道上膨胀节。在安装完毕，经过试压检验后，压缩机开始投入使用，管道升温过程中，出现压缩机轴震动过大，导致跳车现象。压缩机出口管道布置见图1。

图1 压缩机出口管道布置简图

图2 改造后的压缩机出口管道布置简图

2 原因分析

更换膨胀节前，压缩机已经平稳运行了1年多，且各项指标均正常。管道直径400mm，壁厚16mm，材质为20；操作温度215℃，操作压力4MPa；管道介质为合成气。通过对改造前后的了解以及对压缩机出口管道上各约束点的观察分析，初步判断此次跳车是由以下两方面的因素造成的：①节点70处的水平限位架，限制住了管道水平方向上的自由移动（此管道上的部分支吊架，在运行过程中被生产管理人员改动过）；②所换膨胀节（复式大拉杆式）的横向刚度过大。

2.1 针对节点70处有无限位架进行计算分析

由于不知所换膨胀节的实际横向刚度有多大，本文按照极限状态，即，膨胀节的横向刚度无穷大，使用CAESAR II软件，针对节点70处，有限位架与无限位架分别作了计算，结算结果见表1。

由表1可以看出，极限状态，当去掉节点70处水平方向的限位架后，整个管系作用在压缩机出口上的力与力矩，有了很大的变化:FX减少了61.1%，FY减少了36.5%，FZ减少了98.6%，MZ减少了90%，MX大小变化不大，方向变了，只有MY变大，且方向变为反向。

表1 极限状态压缩机出口受力表

2.2 针对膨胀节横向刚度变化进行计算分析

根据压缩机出口管道现场实际布置情况，即节点70处有限位架，分别针对膨胀节不同的横向刚度，做了计算对比，结算结果见表2。

表2 改变膨胀节横向刚度压缩机出口受力变化表

由表2可以看出，膨胀节的横向刚度增加，压缩机出口的受力也随着增加。

通过以上计算分析，可以看出，压缩机出口受力过大是由于所换膨胀节的横向刚度变大，以及节点70处的限位架导致的。

3 改造措施

由于膨胀节已经安装，刚度不可改变，若要降低压缩机管口受力，只有去掉节点70处的限位架。去掉后通过计算发现，膨胀节的水平方向位移比去掉前大，因此决定在节点45处，增加+X与Z方向的限位架；由于管道运行时，立管（节点50至节点120之间）是向上运行，会对膨胀节产生向下的压力，依据API617-《石油、化学和气体工业用轴流、离心压缩机及膨胀机-压缩机》，离心压缩机管口无论轴向还是水平方向的须用推力值都非常小，所以决定在节点45处增加向上5000N的拉力。改造后的管口布置简图见图2。

按照改造后的，压缩机出口管线上的约束形式及位置，重新计算压缩机出口的受力，膨胀节横向刚度取200N/mm（原设计膨胀节订货数据表中允许的最大值），结果见表3。

依据API617-《石油、化学和气体工业用轴流、离心压缩机及膨胀机-压缩机》规定：

表3 改造后压缩机管口受力表

其中De=（DN+400）/3=266.7

将表3中的数据带入上述三个公式计算：

Fr+1.09Mr=8087，远小于54.1De=14428.5，改造措施可行。

4 结论

通过使用CAESAR II对离心压缩机出口管道的极限状况，进行计算分析，判断出了压缩机管口受力过大的原因，提出了整改措施，进一步计算，证实了改造方案的可行性。目前，此压缩机的出口管线，按照上述措施改造后，压缩机平稳运行了一个多月，没有出现轴震动值高，导致跳车的现象。

［1］毛悠仁，赵晓政，刘江涛.CII软件在离心压缩机配管受力分析的应用［J］.化工生产与技术，2006，13（3）:39-41.

Study on the design of the pipeline modification of centrifugal compressor

Wang Xian-nian，Qi Li-yuan，Zhang Jin-lei，Ding Hao，Chen Ji-cheng，Dong Zheng，Yao Xian-ling，Su Sheng
（Shanghai Pulitzer technology co.，LTD，Shanghai 200233）

With the modify project of compressor outlet pipe at TianJin BoHai chemical plant，the force acting on centrifugal compressor outlet is analyzed by the pipe stress analysis software CAESAR II.The reason of excessive force on compressor outlet is determined.The acting force on the pipe outlet is improved，through adjusting pipe supports and location，to assure normal operation of the device.

centrifugal compressor；CAESAR II；stress analysis

10.3969/j.issn.1008-1267.2016.05.021

TQ055.8+1

B

1008-1267（2016）05-0056-02

2016-04-15