K102ABC新氢压缩机机组进气管线振动分析与整改

刘 冬，刘守信，王德帅，韩福利

（沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁沈阳110869）

1 引言

随着石化行业装置的大型化和多机组化，对设备提供商保证产品的安全性和运行稳定性的要求日益严格。因往复压缩机的特性所致，正常工况下往复机管线内的气体存在气流脉动；并因此产生激振力激发管线的振动会危害到装置的生产运行，严重的还会造成生产事故发生。所以设计院和供货商应该在设计阶段就对管线振动进行模拟计算分析，并提出相应的整改方案以便最大程度的保证安全稳定运行。

2 原设计下的气流脉动情况

某公司290万t/a蜡油加氢裂化装置，K102ABC新氢压缩机机组是由3台4M125（4M125-55/21.81-179-BX型）对称平衡型、双作用活塞式往复压缩机组成；在脉动分析中发现进气总管部分，A-B机工作时都有较大超标。更改前进气管线部分的CAESAR II应力模型图（图1）及A-B机工作状态下使用DIGMO计算得出的气流脉动图谱（主频沿该管系分布的压力不均匀度幅值与API618中3.9款允许值对比情况见图2）。

图1 更改前的进气总管线

图2 更改前AB机工作时Ⅰ级进气管内的气流脉动模拟值对比允许值

3 振动机理和控制措施

由于往复压缩机的间歇式吸排气这一状况，在管内形成了一段段气柱，当气体以气柱形式沿管道输送时，遇到弯头、异径管、分支管、阀门、盲板等元件就会产生周期性非正弦型变化的激振力，管系在该激振力的作用下将会表现出相应的机械响应，即管道出现不可避免的强迫振动。因此往复压缩机管系在气流的激振力作用下的振动是气流脉动的外在表现，而气流脉动则是管线振动（机械响应）的内因。通过对往复压缩机的振动进行分析，认为振动的产生主要有如下这4个方面原因：

（1）由压缩机本身的动不平衡而引起的压缩机本体和与其相连管道及管内介质的振动；

（2）由压缩机间歇性的吸气和排气而引起的管内气柱振动；

（3）由于气柱的压力脉动而激起的管道振动；

（4）由管道上节流及启闭元件引起的介质涡流而激起的管道振动。

对产生管线振动的4种不同种因素给予了各相对应的控制方式和方法。第1种要在工艺流程上选取机型时尽量选取平衡式的，主机设计中注意对往复运动的运动元件进行往复质量的平衡配重就可获得较好的控制。第2种振动可以通过加设脉动抑制装置（如缓冲器、孔板等等）和布置安全、经济、合理的管线来获得较好的控制。加设缓冲器的主要作用是，使得气流速度减缓，并形成压力趋于稳定的流场；增加孔板的主要作用是，让气流由驻波变为行波，改变气流的波形且消减波峰和波谷，从而降低脉动幅值；更改管线布置的主要作用是，让气流的频率和管系的固有频率错开，以免产生共振效应。第3种的管道振动可通过对管道布置的更改、支架的选型以及合理的设置支架位置等办法来给予解决。无论是对管道布置的更改，还是增加修改支架，都是为了增强管线的刚性，减小气流所产生的激振力对整体管系的振动影响。第4种的激振力很难定量或定性地描绘出来，一般通过加强局部管道支撑来解决。通过对管线振动原因的分析判断，再结合现场条件和用户要求，最终去给出相对应的解决方式，具体的整改方案。

图3 更改后的进气总管线

图4 更改后AB机工作时Ⅰ级进气管内的气流脉动模拟值对比允许值

图5 加孔板后的进气总管线

4 具体整改方案

（1）通过更改管路布置来降低管内气流脉动，从而达到对管系振动的控制作用。更改管线布置后的管线应力模型图（图3），气流脉动图谱（主频沿该管系分布的压力不均匀度幅值与API618中3.9款允许值对比情况见图4）。调整管道布置后的管内气流脉动主频沿该管系分布的压力不均匀度幅值皆低于API618中3.9款允许值。

（2）通过在管系内加设脉动抑制装置（孔板）来降低管路内部气流脉动，起到对管系振动的控制作用。增加孔板后的管线应力模型图（图5），气流脉动图谱（主频沿该管系分布的压力不均匀度幅值与API618中3.9款允许值对比情况见图6）。为使脉动情况符合API618的要求，经调整，在管廊上的一级进气管线B机至C机部分增加2块孔板，孔板位于距离相近的支架600mm处；2块孔板尺寸相同，数据见表1。

图6 加孔板后AB机工作时Ⅰ级进气管内的气流脉动模拟值对比允许值

表1 Ⅰ级进气总管管廊处孔板

5 结语

K102ABC新氢压缩机3台机组原管线布置的进气管线入气口在机组的一端，导致AB机工作时远端处的气流脉动值超出API618允许值。为了削减管内的气流脉动，提出了2种不同方式的解决方案：一种是更改管线布置；另一种是加设脉动抑制装置（孔板）。更改管线布置整改措施的优点是脉动值大幅度降低，缺点是增加管段和管件带来经济成本的上升，还要在新增管线上布置支架及其支架基础，这需要厂区提供相应的空间；加设脉动抑制装置（孔板）整改措施的优点操作较为简单，更改范围小，缺点是脉动值下降有限，不利于气流中水分冷凝析出排泄。这2种整改措施各有优缺点，可和设计院及用户进行三方协商来选取更加适合本机组的方案。