往复式压缩机管道振动案例设计探讨

程时波，冯德林，吴胜军

(航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司，甘肃兰州 730010)

往复式压缩机是炼油和化工装置中重要的化工机械设备，为煤化工、石油化工装置提供高压气体。往复式压缩机的应用非常广泛，其种类繁多，结构形式各异，尺寸大小和压力高低差异也很大[1]。另外，由于往复式压缩机结构复杂，零部件多，发生的故障也是多种多样，因此对压缩机各部分的运行状态监测，相对来说比较困难。

某220 kt/a乙二醇项目配套煤气化装置，CO2压缩系统一期配置2台(1开1备)MD- 267/81型往复式(六列五级往复对动水冷式)压缩机。其作用是将低温甲醇洗装置送来的CO2或空分装置送来的N2进行升压至工艺要求的压力后，提供给气化装置；气化装置开车用的高压N2和正常生产用的高压CO2共用1套MD- 267/81型往复式压缩机。

1 现场振动情况

通过现场实际勘察，MD- 267/81型往复式压缩机的五段出口至除油器管线(输送介质CO2，操作压力8.1 MPa，设计压力9.20 MPa，操作温度110 ℃，设计温度为150 ℃，管道DN 100 mm，壁厚SCH60，腐蚀裕度1.5 mm，管道材质为碳钢，保温容重100 kg/m3)发生振动，造成装置不能长周期、稳定运行。该管道为气化系统输煤用CO2,在运行过程中主要存在以下问题。

(1)当压力升至3.0 MPa左右，管道振动剧烈，除油器螺栓全部振松、脱落，影响气化系统的正常开车。

(2)压缩机进气口管道振动严重，原支架已振裂，管架失效，就对一级进气管道管架进行了加固，增设了管道刚性支架，使管道振动有所降低。

(3)压缩机四级出口管道压力脉动大，造成管道振动。因气化装置充、泄压周期的进行对压缩机出口管道压力的扰动较大，故造成管道振动。业主对压缩机出口管道进行了多处加固，增加了减振管架，降低了管道的振动频率。

(4)压缩机四回一管道没有冷却器，当四级出口管道压力超压时，无法回到一级；压缩机回路管线设计存在问题，影响装置的平稳操作。

2 振动原因分析

(1)为满足管内气体压力不均匀度的限制要求，APl- 618规定脉动抑制装置容积应符合以下要求：需要的最小排出缓冲容积Vd≤需要的最小吸入缓冲容积Vs，且Vs≥0.028 m3。

(2)管道机械共振是指管道结构固有频率与压缩机激振力频率一致或接近时，使管道振动成倍增大的现象，因此，管道结构固有频率ω1应避开0.8～1.2ω(ω为压缩机激振力频率)的区域，工程中通常避开0.5～1.5ω；设计时，通常使ω1在ω的1.5倍以上。

3 往复式压缩机段间气体管道支吊架设计

往复式压缩机段间气体管道为振动管道，管道振动不但影响压缩机的正常工作，严重时甚至会造成工厂停产，对企业的经济效益造成很大损失。因此，在设计段间管道支吊架时，应注意以下一些问题：①支架应采用防振管卡、高压减振管托(J7)、振动管道用管托(J13)，不能只是简单支撑；②支架间距应经过振动分析后确定，一般宜在正常跨距的1/3处设置支吊架，并排管道不应设联合支架，宜设独立支架，可防止管道发生共振；③支架结构和支架的生根部分应有足够的刚度[2]；④宜设独立基础，尽量避免生根在厂房的梁柱上；⑤当管内介质温度较高，产生热胀时，应满足柔性分析的要求；⑥支架应尽量沿地面设置；⑦对于阀门比较集中布置的位置，宜设阀门架，设置独立基础。

4 结语

(1)从气体压力脉动方面分析并处理了管道的振动问题，同时考虑了管道的固有频率与管道结构刚度之间的关系，即管道结构的刚度越大其固有频率也就会越高，相同应力下产生的位移也就越小，反之亦然。因此，在脉动激振力不大及管道静力分析通过的条件下，可首先通过调整管道的固有频率来避免管道系统的振动，即通过简化管道走向，增加限位架、导向架、固定架等方式来增加管道系统的刚度，以此提高其固有频率，避免管道的振动[3]。

(2)综合考虑各种因素，在今后的设计项目中，进行有效的段间管道配管布置以及支吊架的选型，避免往复式压缩机段间管道发生振动，可为今后往复式压缩机段间管道配管提供一些设计经验。