刘洪涛(大庆石化工程有限公司,黑龙江 大庆 163714)

化工用往复式压缩机配管设计研究

刘洪涛(大庆石化工程有限公司,黑龙江 大庆 163714)

随着科学技术的不断发展，使得了目前化工生产过程中所使用到的设备更加先进，这在保证化工产品生产质量的同时，进一步提高了产品的生产效率，对于促进我国化工行业的更好发展起着非常积极的作用。在化工行业的生产过中，往复式压缩机是非常重要的组成部分，并且经常需要被使用到。而往复式压缩机配管设计工作的好坏，直接影响着往复式压缩机的工作效率，从而进一步影响到了化工企业的生产效率和效益。因此，作为相关人员，需要对往复式压缩机的配管设计工作给予足够的重视，在今后的设计工作中，做好相应的设计要点，以确保往复式压缩机的配管设计工作做得更好，最终为化工用往复式压缩机能够更好地运行打下坚实的基础。基于此，本文主要对化工用往复式压缩机配管设计进行了研究和分析，以供相关人士参考。

化工企业;往复式压缩机;配管设计

在化工企业的生产和运行过程中，往复式压缩机是非常重要的组成部件。对于往复式压缩机的管道，是输送各种物质的基础，其配管设计的安全性和稳定性直接影响着整个化工企业的正常生产和运行。因此，对于往复式压缩机，做好其相应的配管设计工作意义重大。特别是在目前更加注重生产效率和生产安全的环境之下，做好化工用往复式压缩机配管设计对于促进化工企业的更好发展有着非常积极的作用。

1 关于管道设计要求的概述

对于多种设备的设计而言，都是需要依据一定的标准，这些标准可能是国际标准、国家标准或者行业标准，标准的详细程度可能细致到一个螺丝钉的选材，管道的设计同样具有一定的标准约束，这些标准成为管道设计和使用的依据。化工行业各种设备要求与其他行业不同，主要是由于化工行业的使用环境相比于普通设备更加恶劣，经常需要在高温高压或者高腐蚀等恶劣情况下长时间运转设备。因此化工用设备的标准要求也更高。从管道的设计工作开始，需要符合管道相关的各种设备接口，管道测试需求和使用工况需求，并对管道工作过程中的强度、震动和膨胀位移等进行分析，相应的抗震和抗风级别也需要进行评估，这些都是为了管道能够稳定工作做的铺垫。

管道的设计工作是管道正常运行的基础，管道的后续施工、运行、维护也是影响管道正常运行和使用寿命的关键，对于管道的运行稳定性和经济性将产生巨大的影响。施工中管道将分为空中架设和地下掩埋的模式进行铺设，将根据工作工况等环境条件和经济性条件进行选择。从规模上讲，那些大中型规模的管道多数利用空中架设的方式，但是管道的运输距离不会过长，而对于距离较长的管道则趋向于选择地下掩埋的方式减少对地面空间的影响。

管道在进行设计时已经充分考虑到了运行的稳定性、安全性、经济性和可操作性，即使在设计阶段也应该充分考虑未来施工中可能遇到的问题，管道的施工需要进行长期的规划和工期安排，只有保证管道的施工质量才能够达到设计的要求，完成标准约束的管道质量要求，并为后续的运行和维护工作做好基础。很多管道系统中的关键部分需要经过特殊工艺处理，对于管道铺设的空间中应该做好整体规划，减少对空间中其余设备或装置的干扰。

2 往复式压缩机故障的种类及原因

往复压缩机拥有相对复杂的结构组织、内部部件极其容易损耗，导致故障的经常性出现。因此往复压缩机会由于各种原因出现非正常停机状况。导致这种状况出现的原因中，气阀、填料密封、活塞环是最容易导致往复式压缩机出现工作故障的三个主要部件，但是同时曲轴、连杆、十字头、活塞杆等依靠动力传动的部件出现事故的可能性较弱，但是一旦出现问题，都会酿成不可预估的后果。往复式压缩机组在日常生产过程中，热力学特征出现数据异常的问题，是整个压缩机组出现问题的重要原因之一。在设备的运行过程中，气缸的吸气和排气功能出现障碍导致吸气或排气的不顺、排气过程中温度过高、排气总量低于正常数值、压力比产生较大变化等一系列问题，甚至在某些机械的故障中，表现之一也是热力学参数异常。如下图所示为往复式压缩机结构图：

2.1 热力性能引起的往复式压缩机故障

伴随往复式压缩机使用次数增多，使用时间增加，压缩机工作状态下可能会出现排气量减小、热力系统内部的温度和压力数值变化超出正常范围等情况。其中，排气量不足的问题可能是由于往复式压缩机的热力系统或是气阀等出现设备异常，或者排气管道路线发生泄漏情况；而热力系统内部的压力变化超过普通情况下的数值变化范围，可能是压力表被损坏、油路存在异物或是水压出现问题等情况造成，热力系统内部温度数值的变化超过普通状态下数值变化范围，可能由于气缸上端出现裂缝、气阀的气密性下降等一些列情况造成。针对以上问题以及出现问题的原因，相关技术工作者必须对往复式压缩机的热力系统的气阀、活塞组件、气缸等零部件进行气密性监测，根据检测结果采取相应措施来修复机器使之重新继续正常工作。

2.2 机械功能引起的往复式压缩机故障

往复式压缩机随着使用时长的加长，其零部件的功能会有部分损耗，严重的甚至影响机器的正常工作使用，很难发挥往复式压缩机的正常作用，也不利于企业的大量生产创新工作的进一步开展，对企业的效率提升及效益创收产生很大消极影响。

2.3 振动引起的往复式压缩机故障

如果压缩机内部机械零件磨损过于严重，那么在工作过程中会出现异常的振动情况，异常响声是由于阀组的穆笋过于严重以及活塞出现一系列故障造成；往复式压缩机一旦出现过热现象，极有可能是由于机器设备连续使用过长时间，导致设备散热不均，气缸、活塞杆等会相应出现发烫现象。

3 管道设计在往复式压缩机中的具体应用

化工中经常用到的一个设备就是往复式压缩机，该设备通过往复运作产生间歇性的吸入和排出动作，从而压缩气体形成压力脉动，由于整个设备运转过程会引起设备本身的震动，加之压缩气体所形成的震动都会导致管道震动的幅度加大，这些震动的不断累积最终将影响管道上所连接的仪表和设备接口。因此必须采取措施防止管道在震动过程中破裂或出现断口，可以通过缓冲罐或者孔板来释放一部分压力脉动，帮助管道减轻脉动幅度。

为了能够降低压缩机本身在运转过程中的震动，可以通过加强压缩机固定装置，或者减少管道的弯头，并增大弯头的曲率半径，于此同时还可以合理设计压缩机本身的减震结构，来消除压缩机运行时的震动。但是这部分减弱对于整体来讲仍然不足，还需要额外对压缩机形成的气压脉动进行削弱才能够保护管道。

为了保护往复式压缩机的管道稳定性，需要对管道支架继续独立设计，不能与压缩机或者其他设备公用，震动会在不同的设备之间相互传播，这样不利于减少往复式压缩机的管道震动，对其他设备也会产生影响。在管道的刚性支承上应该选择钢筋混凝土作为基础，并降低现有的支架高度以减少震动力矩。

但是基于互相联系的设备会产生共振，那么就必须了解压缩机的固有频率，避免这种共振的产生需要将吸入孔和排出口尽量接近放空口或放净阀管道，压力表的到导压管加厚也会起到一定作用。

此外还需要避免冷凝液体流入压缩机气缸，可以在容易发生危险的管口前方设置吸入罐或凝液分离罐，这样就能够去掉冷凝液体。往复式压缩机通常会将入口管的直径设计的很大，从经济性角度考虑会浪费材料。当然若吸入管道过长也会导致压缩机的功率下降，因此需要将往复式压缩机的入口管道缩短并减少弯头，冷凝液分离装置也应该设计在压缩机吸入口处。

需要注意的是并非所有的往复式压缩机都需要增加防止冷凝回流系统，应用的标准是保证不会再压缩机停止运转时出现冷凝液体回流。如果压缩机的出口是饱和状态，就必须安装防止冷凝回流装置，并设计止回阀作为保障。若压缩机的出口状态相反，那么就需要将排出气体中的润滑油分离开，此时就可以不设置防止冷凝回流装置，而是将分离润滑油的分离器取而代之。

此外进行往复式压缩机管道的设计时，为了减少后续维护工作中的阻碍，还应该将管道的空间布局进行详细的推敲。如当进行往复式压缩机维修时，很多需要打开的部件附近避免设置管道，还有一些需要经常开启的部位，以及一些需要更换或者转移的设备，这些都应该留出充足的空间，这样才能够不影响管道和设备的操作和检修。

压缩机的使用过程中还需要利用水冷却，这些冷却器不仅担负着压缩机本身的冷却还需要考虑压缩气体的冷却，可以考虑将不同需求统一起来利用一个冷却器进行冷却，这样可以有效减少设备，简化施工内容，也能够满足使用需求。

4 往复式压缩机的配管系统

4.1 配管

配管的直径、壁厚和材质要考虑管内压力，气体性状及允许压降来决定。配管设计避免共振管长，同时充分校核配管的支撑位置及固定方法，使其受到外来的强制力时不共振。

4.2 脉动压力缓冲罐

尽可能在靠近气缸吸入、排出的地方减少压缩机的压力脉动很重要，为此设置缓冲罐是有效的。

缓冲罐的效果不仅随容积，而且还随它的安装位置有很大变化，必须在充分检查其前后配管形状的情况下进行经济的设计。

4.3 冷却器

压缩机的冷却器在低压时多使用管壳式的。高压时一般使用盘管式和套管式。冷却器是由压缩机规格决定的，必须将盘管式或套管式冷却器作为排出配管的一部分，校核共振管长，拐弯位置和固定点。管壳式冷却器的缓冲效果大，如安装位置合适也有作为缓冲罐的效果。

4.4 凝液分离器

其设置目的是为了使压缩气体中的凝液、内部油，通过气缸的尘埃之尖不送到下段气缸或工艺部分。凝液分离器有各种形式，不论采用哪种罐都是有效用的，如果其容积和安装位置考虑得合适，也可作为缓冲罐用。

5 结语

综上所述，由于化工用往复式压缩机存在着使用危险性较高、对于促进生产作用之大，需要相关人员对于其配管设计工作给予足够的重视。作为相关的设计人员，需要不断学习和总结相应的设计要点工作，从而确保在今后的工作过程中能够将化工用往复式压缩机的配管设计工作做得更好。这样不仅能够确保给化工企业的生产和运行提供更加安全、可靠的环境，同时还能进一步提高化工企业生产效率和运行效益，最终确保其在激烈的市场竞争中能够获得更好的发展。

[1]曾仁强.浅谈往复式压缩机安装要点及质量控制[J].中国石油和化工标准与质量.2013（11）.

[2]赵祺海，孙小红.化工用往复式压缩机配管设计探索[J].中国化工贸易，2015，7（16）.

刘洪涛（1983-）,男.汉族,黑龙江省大庆市,机械工程师,大学本科,大庆石化工程有限公司.科室:机械设备室.研究方向:转动设备:例如压缩机,造粒机,机械传动设备,风送系统,包装码垛系统,等等