氨压机入口管线振动原因及改进措施

2017-06-01刘涛孙丽影齐爱静陈良超

设备管理与维修 2017年1期

关键词：气柱压机共振

刘涛，孙丽影，齐爱静，陈良超

（1.中油锦州石化分公司机动设备处，辽宁锦州121000；2.北京化工大学，北京100029）

氨压机入口管线振动原因及改进措施

刘涛1，孙丽影1，齐爱静1，陈良超2

（1.中油锦州石化分公司机动设备处，辽宁锦州121000；2.北京化工大学，北京100029）

为解决锦州石化公司化工三车间氨压机入口管线振动的问题，分析管线振动的原因，采取减少管线弯头、提高焊接质量、增加刚性支承等改进措施。

氨压机；管线；振动；原因；改进

0 前言

锦州石化公司化工三车间冷冻岗是顺丁橡胶生产的辅助装置，主要功能是为橡胶聚合装置提供低温冷冻盐水，用以取走聚合反应的热量。其中，氨压机是核心设备，冷冻岗共有8AS-17机组3台，8AS-12.5机组1台。2008～2009年，公司对原来4台故障率较高的氨压机进行了更换，重新将出入口管线进行了配制。新设备投入运行后，一直存在1#～3#氨压机入口管线振动超标问题，生产过程中多次出现法兰螺栓松动、垫片泄漏的情况，这对操作人员的人身安全构成直接威胁。为消除管线振动，保证生产安全，对氨压机入口管线振动的原因进行分析，制定了有针对行的改进措施，并在检修中得以实施，取得了预期效果。

1 氨压机入口管线振动原因分析

1.1 氨压机相关参数

冷冻装置氨压机共有4台，其中3台型号为8AS-17，1台型号为8AS-12.5，4台氨压机并联安装。相关参数见表1。

表1 氨压机相关技术参数

表2 各测点检测数值mm

1.2 振动测试数据

现场使用DK100便携式测振仪对3台氨压机入口管线振动情况进行测量，测点见图1。各测点振幅值，见表2。

表2数据为单开1台压缩机时的振动数据，如果同时开2台8AS-17氨压机，轴向振动值最高可达到0.7 mm。

图1 氨压机入口管线轴测示意图

1.3 管线振动的原因分析

冷冻氨压机属于往复式压缩机，据文献[1]报道，往复式压缩机管道振动原因通常有3种。

1.3.1 气流脉动

往复式压缩机的工作特点是吸、排气流呈间歇性和周期性，因此不可避免的要激发进、出口管道内的流体呈脉动状态，使管内流体参数，如压力、速度、密度等随位置及时间作周期性变化,这种现象称为气流脉动。气流脉动对管线具有破坏作用，当气流沿管道输送时，遇到弯头、异径管、分支管、阀门等元件将产生随时间变化的激振力，受该激振力作用，管系便产生一定的机械振动响应。压力脉动越大，振动的频率越高，管道的振幅及应力也就越大。

1.3.2 共振

由于管道和内部气体构成的系统具有一定的固有频率，当往复压缩机激发的频率与固有频率相近或相等时，系统产生对应于该阶频率的共振，包括气柱共振和管道机械共振。

（1）压缩机的运行对管路产生周期性的激发，当气柱对该激发做出响应时，就形成气柱受迫振动，振动的结果表现为压力脉动。当激发频率与气柱固有频率相等或相近时，就会激发气柱产生气柱共振。

（2）共振的另一种形式是机械共振，由于压缩机的管道系统根据配管情况、支撑类型、支撑位置及边界情况的不同，所以有自身的固有频率。外界任何一种激振力，如压缩机往复运动时的不平衡惯性力、气流脉动冲击力、转轴对中不良时的机械脉动力等，都能引起管道的机械振动。如果这些激振力的主频率与管道的固有频率一致，就会激起很强的机械共振。

1.3.3 机组本身的振动

由于机组动平衡性能差，安装不对中，基础设计不当等因素均会引起压缩机振动，从而使与之连接的管线也发生振动。

1.4 管线振动原因的确定

1.4.1 机组本身因素的判定

通过对冷冻氨压机机组进行空载运行，在管线的相关测点位置测量，发现振值均在正常范围内，这说明管线的振动不是由于机组本身的振动引起的。

1.4.2 共振因素的判定

首先把氨压机入口管线简化为一端封闭，一端开口的声学管道，然后通过计算共振管长度，确定管线振动是否存在气柱共振。

（1）激发频率和气柱固有频率分别按（1）～（3）式计算。

因为气柱的共振条件为f＝（0.8～1.2）f固，所以，将式（1），（2）带入（3）中，导出，得到系统管道共振的共振管长度公式（4）。

也就是说，要使系统管线的长度L在公式（4）计算范围之外，才能避开气柱共振区。

式中m——压缩机曲轴一转内，在管道一个端口处，向管道吸、排气次数，单作用压缩机m＝1，双作用m＝2；

n——压缩机转数，r/min，（氨压机转数720 r/min）；

c——气体声速，m/s

k——绝热指数，k（氨）＝1.313

R——气体常数，R（氨）＝49.79 J/kg·K

T——绝对温度，T＝273+3＝276 K

i——振动阶数，（i=1，3，5……）

将各数值代入（4）中得L＝（1.12～1.68）m

通过计算可知，只要系统管道的长度L在1.12～1.68 m之外，就能避开气柱共振区。通过现场测量，氨压机入口管线长度均超过1.68 m，都不在一阶气柱共振管长的范围内，因此，排除了管道系统的振动是由于其长度设计不合理造成的可能性。

（2）再来分析管线是否存在机械共振频率。因管子、管件和支架组成的管道本身是一个弹性系统，有一定的固有频率，当管线自身机械振动固有频率与激发频率相接近时，就会产生管线机械共振现象。如果氨压机入口管线的机械固有频率与激发频率的2倍、4倍频重合，就可造成管线的机械共振。降低机械共振的措施，一般是用对管线加固的方法来改变管系的机械固有频率。

例如，从现场安装情况可以看出，氨压机管线支承非常简单，管线只是铺设在上面，未进行管线加固，而且支承与地面之间没有地脚，其刚度、强度均不足（图2），这样，氨压机管线非常容易产生机械共振。

1.4.3 管线走向及支承结构因素的判定

氨压机入口管线弯头多（图3），而且管线弯头缺少固定支点，弯头处气体运动方向的改变，使管线受到气体冲击力的作用，弯头越多，管线受激振力就越大，管线的机械振动也就越大。从现场情况可以看出，氨压机入口管线结构不合理，90°弯头数量过多，从沉降罐到3#机入口，弯头数量达到11个，较多的弯头使得介质在管道中产生较大的激增力，加上往复式压缩机的运行本身就是一个周期性的激发，这样就导致了压缩机入口管线振动超标（图3）。