李研(中油辽河工程有限公司， 辽宁 盘锦 124010)

天然气离心式压缩机组应力分析方法

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离心式压缩机是长输管道的核心设备，为保证压缩机的正常运行，需对压缩机组管线进行应力分析。西气东输三线项目采用CAESAR Ⅱ软件对压缩机组进行管口应力分析，文中介绍了应力分析时需要注意的问题和建模时的技巧、方法。

CAESAR Ⅱ；离心式压缩机；应力

西气东输三线天然气管道西段(霍尔果斯～中卫)工程干线起于新疆霍尔果斯，止于宁夏中卫，线路全长2445km，设计输量300×108m3/a，管径1219mm，设计压力12MPa。共设置12座中间压气站，共47台压缩机。压缩机为长输管线的核心，因此压缩机组管线的平稳运行是保证4000km长输管线安全运行的前提。

1 离心式压缩机应力分析依据

离心式压缩机组管线的应力分析主要为一次应力、二次应力和压缩机管口荷载和位移的校核。

一般离心式压缩机的进出口温差较大，压缩机出口温度相对较高，压缩机设备本体和管系必定会产生热应力。在施工过程中管道安装应力和热应力形成合应力，会对压缩机的驱动器造成扭曲和破坏，造成压缩机无法正常运行。因此根据美国石油学会(API)617标准《石油、化学和气体工业用离心式压缩机》压缩机出口管道在热态时所产生的力和力矩，必须小于压缩机出口管嘴所允许承受的外力和力矩。

2 压缩机分析基础参数

以古浪压气站为例对压缩机组的配管进行应力分析。

(1)压力 所有管线设计压力12MPa(G)；压缩机进口管线最大操作压力10.4MPa(G)；压缩机出口管线最大操作压力11.8MPa(G)；

(2)温度 压缩机进口管道设计温度60℃，出口80℃；压缩机进口管线最大操作温度30.8℃；压缩机出口管线最大操作温度59.9℃；

(3)管线 当管线管径≥DN1200采用直缝埋弧焊钢管X80；当管线DN1000≥管径≥DN700采用直缝埋弧焊钢管X70；当管线DN600≥管径≥DN500采用直缝埋弧焊钢管L415MB。

3 离心式压缩机组管线应力分析方法

使用CAESAE Ⅱ软件对古浪站压缩机组管线进行建模分析，模型如图1所示：

(1)一次应力校核结果：根据校核结果S1=116686.8kPa，Sh=188226.9 kPa， S1≤Sh一次应力满足校核结果。

(2)二次应力校核结果：根据校核结果SE=130238.2kPa，SA=356426.0kPa， SE≤SA二次应力满足校核结果。

(3)离心式压缩机管口荷载校核。压缩机厂家提供的进出口允许力和力矩值如下：

图1 古浪压气站应力分析模型

按照管嘴受力是否有摩擦力两种工况，计算结果如下：根据以上计算结果，压缩机力矩值Mx和Mz没有满足压缩机厂家的要求。

压缩机力矩值分析：根据实际经验和其它压缩机站场运行情况，压缩机出入口管线不需要设摩擦力，因此在没有摩擦力的情况下，计算后的Mx力矩值符合厂家的要求。

4 结论与建议

(1)假管支撑。在设备的进出口管线上，如果弯头存在，为了保证计算的应力和现场实际保持一致，在建模时须在弯头处增加一个假管支撑。假管在模型里面相当于一个0重量的刚性元件，温度与管道相同。以压缩机出口管线10节点为例：

建模时增加假管支撑计算结果为：MY/N·m=-27042；

建模时无假管支撑计算结果为：MY/N·m=-46871；

从计算结果可以看出是否增加假管支撑对力矩值影响很大，而且只有增加假管才能保证与现场的真实情况保持一致，否则计算结果与真实情况相差会是成倍的关系。

(2)如何处理摩擦力的问题。一般管线在导向架和限位架上的摩擦力通常设为0，因为管线是在间隙之间来回运动的。压缩机的管口不设摩擦力是因为压缩机为震动设备，管口和支架几乎没有接触，并根据现场实际经验在应用CAESAR Ⅱ软件计算时可以把摩擦力设为0。

[1]API617石油、化学和气体工业用离心式压缩机[S].

表2 压缩机管口校核