彭卫国

（湖南海利化工股份有限公司，湖南长沙 410007）

往复压缩机系统管道振动处理措施分析

彭卫国

（湖南海利化工股份有限公司，湖南长沙 410007）

往复压缩机是石油化工、煤化工、精细化工等行业的关键设备之一，管道系统的振动在压缩机工作中时有发生，管道系统振动剧烈严重影响生产安全，所以研究管道振动原因及其消除措施非常有必要。以山东某厂30万t/a低压甲醇生产装置循环气用往复压缩机管道系统进行分析说明，提出在工程设计、采购以及施工安装过程中应采取的合理防振处理措施。

往复压缩机；管道；振动；措施

在石油化工、煤化工、精细化工装置中，往复压缩机是一种比较常用的气体循环以及提高气体压力的运转设备。由于往复压缩机吸排气过程呈间歇性和周期性的工作特点，其进出口管道系统容易产生振动现象，参考国内外对往复压缩机管道振动问题进行的探索研究[1]，从山东某厂30万t/a低压甲醇合成用往复压缩机的实际减振措施，在设备选型的技术规格书、工程设计、施工安装等方面解决压缩机系统的振动问题，对装置的成功开车具有重要意义。

1 基本概念

气流脉动：往复压缩机工作时为周期性的吸气、排气，激发管道内的气体形成气柱，气柱在激发状态下，周期性的被压缩然后膨胀，产生振动响应的现象称之为气流脉动。

机械振动：输送管道内气体遇到通径变化的管件后激振力的周期性变化造成的机械振动[2]。

固有频率：管道系统的管径、长度以及管道内气体性质以及工况（温度、压力等）决定系统的固有频率。

激发频率：单位时间内、外部干扰的次数。

2 装置概述

山东某厂30万t/a低压甲醇生产装置，通过往复式压缩机进行气体循环并提压到5.4MPa进行甲醇合成，采用3台沈阳某压缩机厂生产的气体压缩机，进、出口压力为4.9MPa、5.4MPa，压缩机厂房（28m×13m）位于装置区北部，三台压缩机并排布置于厂房内部。为了解决压缩机管道系统振动，从采购设备选型、设计以及安装三个方面进行控制。

3 振动处理措施

3.1 设备选型

往复压缩机运动机构质量不平衡而产生的惯性力会造成压缩机机组本身振动，引起系统振动。在进行设备选型时，选用JBD32-80/49-54两列对称平衡型的气体压缩机，保证压缩机运动机构质量的平衡。根据相关文献记载[3]往复压缩机振动的大小与机器本身的设计以及缓冲罐的大小等因素直接相关，压力不均匀度[4]表达的气流脉动产生的激振力是往复式压缩机管道产生振动的主要原因[5]，为了控制气流脉动，经过计算，供应商在设备气体进出口均配置了约0.5m3的气体缓冲罐，管口为DN250的公称直径。

参照API618的规定，往复压缩机管道的振动控制应主要由压缩机制造厂负责[6]，在设备采购过程中要求供应商依据管道布置、支架的设置情况、P&ID等相关资料进行管道机械振动的总体核算，并提出管口、各固定支架的受力情况；最终由机械专业按API618《石油、化工和气体工程用往复压缩机》的要求确认供货商的计算结果。

3.2 工程设计

3.2.1 基础设计

压缩机基础设计不当可能引起管道和机组振动，进行机组基础设计时应充分考虑相关的荷载及偏心力等。根据设备制造厂家提供的设备静荷载、动荷载、偏心力、重心位置等进行土建基础的计算及设计。

3.2.2 管道设计

为了避免管道系统的共振，严格保证机组固有频率与激发频率的不同。由于机器的激振频率不可更改，为了有效地控制激发频率不在共振频率区范围内，具体配管如图1、图2所示。主要有以下几个方面考虑：

图1 某厂压缩机系统管架定位图

图2 某厂压缩机进出口管道示意图

①尽量减少弯头、三通的使用，降低气体通过这些管件时产生激振力；

②进出口管道及支、总管均采用2.5D长半径弯头以减少激振力的作用，长半径弯头的使用能有效的控制气体在通过弯管时对管道周期性冲击引起的振动；

③分级增加管径，从压缩机出口管道从管口DN250到支管DN300然后到总管DN450，逐级放大管径，降低气体流速，避免流速过快造成气流脉动引起的管道振动。从压缩机出来的脉冲气流，经过两级放大缓冲后，气流脉动引起的管道振动大为降低；

④总管的选取，3台压缩机的进出口总管选取DN450的管道，管道长度20m以上，气体容积量在一定程度上对气流脉动进行缓冲，气流相对平稳，减少气流冲击造成的管道振动；

⑤管架的布置，采取不等距布置，适当布置跨距相对较大的管架，消减管道振动的位移峰值，减少管道系统的振幅；

⑥在管架的设置过程中适当选取支承刚度，相邻等距的管道支架支承刚度相对较低，变距的支架选取较强的支承刚度，以避免机械共振的发生；

⑦配管设计时考虑管系的固有频率远离机器的激振频率，管架选用独立基础的固定支架，并在管道和支架间衬石棉橡胶垫，以抑制管道的振动。

3.3 施工安装

在机组施工安装过程中，基础松动、地脚螺栓没有装配到位，特别是机组启动时即使是在空载情况下也会引发系统的剧烈振动，机组本体的机械振动，必然引起附属管道系统的振动，如果振动落在共振区，由于共振效应放大振动的位移峰值，整个系统机械振动会异常剧烈。在机组的施工安装过程中，对机组地脚螺栓孔进行二次灌浆，采用相对机组基础强度等级更高的灌浆料，严格控制地脚螺栓的定位精准度，对机组的地板和垫板装配均参照压缩机API标准（API617—2002）的要求进行施工。避免了在机组运行的过程中，由于基础松动或者地脚螺栓没有装配到位造成的振动，并将对基础的检查列入机组的日常检查项。采用激光校准仪调整联轴器轴、径向同轴度等，保证同轴度。

在管架支架的施工过程中，管道沿管沟敷设，管沟深度为2.2m，依据压缩机厂商的核算结果，由管道机械复核，缓冲罐管口受力较小，并将各支架的受力情况反馈给土建专业进行基础设计。管道固定支架上选用16a工字钢压在支架上部，两部在管沟内壁焊牢固定，保证支架的支承刚度。固定支架基础单独施工，管沟内壁依管架布置的距离、数量预埋相应数量的300×600×20mm（W×L×H）钢板。

4 结束语

往复式压缩机管道系统的减振消振涉及机组采购、工程设计、安装施工等方面。通过对机组的选型、采购技术规格参数的控制、工程设计配管方案的优化、管道机械振动的核算、施工安装质量要求等方面的控制，装置开车后3台机组运行平稳，管道系统振动较小。总体来说降低往复压缩机进出口管道的气流脉动是减小振动的根本措施，气体进出口缓冲罐的设置、管径的逐级放大等措施，归根到底都是为了减小管道的气流脉动；就外部因素而言，管道的布置设计、管道支架形式、支架的支承刚度及设备安装等方面是重要的影响因素。往复压缩机制造工艺的精确、安装过程的高标准严要求、设备和管道布置的合理性等，将从源头上降低整个管道系统的振动，保障正常开车及安全生产。

[1]Chilton E，Handley L.Pulsations in Gas Compressor Systems. Transactions of the ASME，1952，45（8），214～218.

[2]党锡淇，陈守五.活塞式压缩机气流脉动与管道振动[M].西安：西安交通大学出版社，1984.

[3]SH/T3143—2004，石油化工往复压缩机工程技术规定[S].

[4]唐永迸.压力管道应力分析[M].北京：中国石化出版社，2003.

[5]李泽豪，顾海明.往复压缩机管道振动分析及减振措施[J].化工机械，2010，37（1），87-89.

[6]美国石油学会API618标准.石油、化学和气体工业设施用往复压缩机.5版[S].

[7]张梁，梁政，冯小波，等.天然气压缩机气流脉动的消减研究[J].压缩机技术，2003，（2），1-3.

Reciprocating Compressor Piping System VibrationTreatment Measures

Peng Wei-guo

The reciprocating compressor is one of the key equipment in petrochemical，coal chemical，fine chemical industry，the vibration of the piping system in the compressor work have occurred，the piping system vibration severe seriously affect safety，the study causes and pipe vibration measures to eliminate its very necessary.Shandong factory to 300，000 t/a methanol production plant low pressure circulating gas was analyzed using a reciprocating compressor described piping systems，anti-vibration treatment measures put forward reasonable engineering design，procurement and construction and installation process to be taken.

reciprocating compressors；pipeline；vibration；measures

TH457

B

1003–6490（2016）04–0109–02

2015–04–13

彭卫国（1982—），男，湖南益阳人，工程师，主要从事化工项目工程设计与管理工作。