窦春

摘要：近年来，在我国经济持续发展、社会持续进步的背景下，我国石油化工行业发展迅速，与此同时，作为石油化工装置中的重要设备，往复式压缩机的应用也越来越常见。随着往复式压缩机应用范围和应用深度的不断增加，往复式压缩机的设计问题也不断突出，以管道的设计问题最为常见，如何对管道有效地控振、全面提升管道设计质量是当前亟待解決的问题，只有确保往复式压缩机的管道设计的有效性，才可保证整个企业的安全生产。鉴于此，文章从往复式压缩机的管道布置为出发点，就往复式压缩机附属管道的振动问题进行了探讨，并提出了几点具体的关于管道控振的设计措施，以期对相关工作的开展有所帮助。

关键词：往复式压缩机；管道设计；问题；建议

中图分类号：TQ051.21 文献标识码：A

压缩机是石油化工装置中的重要设备，其在具体的生产过程中实实现压缩气体、提高气体压力的主要途径。按照工作原理的不同，压缩机可细分为往复式压缩机、回转式压缩机、活塞式压缩机、膜片式压缩机、液环式压缩机等，不同的压缩机在性能与适用范围上有所差异，当下以往复式压缩机在石油化工装置中最为常见，相较于其他压缩机，往复式压缩机的最大优势在于技术成熟、性价比高，而不足则在于运行噪音大、管道容易振动等。在装置大型化的今天，如何在满足工艺流程的大前提下，充分发挥往复式压缩机的应用优势，避免和解决其中运用存在的问题是相关人员面临的主要任务。在这样的背景下，对往复式压缩机的管道设计进行分析和研究就变得重要且必要了。

1 往复式压缩机的管道振动分析

通过对往复式压缩机工作时的特点进行研究发现，间歇性吸气、周期性排气是其最大特点，因此，在运行期间难免会对管道中的流体参数产生影响，使其出现波动，一般情况下，上述情况可称为气流脉动。当脉动流体沿管道输送时，管道的阀门、盲板等部件会在时间变化的激振力下发生振动，在这期间，管道振幅以及动态应力与压力脉动之间呈现出正相关关系，即管道振幅以及动态应力将随着压力脉动的增加而不断增加。与此同时，强大脉动流量可能造成阀门的无法正常开启、关闭，导致企业的工作效率降低；另外，若未能够对上述问题进行及时处理，可能造成系统发生机械振动，引发管道的疲劳损伤问题，严重时，甚至可能引发火灾、爆炸事故。由此可见，为保证系统运行的安全性，在进行往复式压缩机管道设计时，寻找有效途径合理减少流量脉动是关键[1-2]。

导致管道振动的因素较多，共振是另一主要原因，当管道中出现气柱系统时，气柱本身的固有频率将与活塞往复运动产生的激发频率发生冲突，进而造成管道振动。一般情况下，工程机械系统的固有频率范围（0.8-1.2倍）经常用作谐振区，当气柱的固有频率落在激发频率的谐振区域时，系统内部将出现明显大于正常值的气柱共振压力脉动；与此同时，若管道系统固有频率在固有频率的共振区域时，结构共振将因此发生。由上述分析推知，在进行管道设计时，可通过对气柱和管道系统的固有频率进行调整的方式来避免共振[5]。此外，设备本身的振动也是导致管道振动的主要原因之一，如：机组动平衡性能差、安装不当；底座和轴承设计不当等，相关人员在系统设计过程中应当给予上述因素必要的重视。

2 往复式压缩机的管道设计建议

2.1 管道支撑间距的设置

原则上，在对往复式压缩机的管道支撑间距进行设置时，为最大限度地防止管道振动而影响生产的安全性与稳定性，应根据振动计算结果确定管道支架的间距。总的来说，管道布局和支撑设计是根据管道规划总体过程中的一些原则进行的，然后再以此为基础进行振动计算，明确管道系统的相同频率和振幅数据，最后逐项分析指标值是否满足要求。一般单位的长度不应大于管道公称直径的10倍，如果存在项目不符合要求的情况，则通过改变支架间距的方式进行调整，来促使管道系统改变，保证管道系统的固有频率满足生产要求。一般来说，为了控制管道系统的固有频率，外国公司要求管道系统的固有频率不应小于机器振动频率的2倍，但最小值管道系统的机械固有频率应控制在机器振动频率的120%以上。

2.2 管道支架的布置

满足管道支撑间距的要求后，应在以下几点安装支架。例如，在管道的转折点或支管处受到脉动气流的影响将产生大小不同的激振力，此时，为防止管道振动，应安装支架设置支撑。如果存在过滤器、阀门，由于质量集中，应在集中质量点的两侧设置特殊支撑以增加其刚度并增加其固有频率。此外，还应重点考虑对压缩机附近管段的支撑设置。

在进行支架布置时，以工程系统的实际情况出发，在企业各方面条件允许的情况下合理选择支架类型、确定管道刚度。在确定支架类型时，对管道系统热膨胀补偿的要求予以考虑，一般情况下，承重支架和导向支架对管道系统刚度的影响较小；而固定支架可对管道系统刚度产生显著影响，其能够同时对管道六个方向的自由度进行显著影响，因而是增加管道系统刚度的有效途径。此外也要注意到，在压缩机的作用下，管道是存在一定的温度的，尽管温度不高，但若只采用固定支架进行刚度提升，则将难以满足系统的热膨胀补偿要求，对此，可使用防振管卡作为支架。相较于固定支架，其最大的优势在于允许管道轴向位移，因而能够对系统的高频振动进行有效控制，同时在管道上施加更大的刚度，从而解决热膨胀补偿、防止管道振动[3]。

此外，刚性支架本身的刚度对管道系统的刚度有很大影响，如果支架本身的刚度太小，则支架会随着管道振动，管道系统的刚度将因此而难以得到有效增加，对此，支架本身也应当有一定刚度，可采取措施如下：第一，适当减小支架高度；第二，合理增加支架重量。对高度无法有效降低的支架，在增加支架重量时，可采取使混凝土基础的重量远大于支架管的重量的方式；另外，在工程中，基础重量是用于消除振动的常见方式[4]。

2.3 管道布置

往复式压缩机在活塞的往复运动可引起流体脉动，这将导致压缩机的入口管和出口管产生振动，此时，如果往复式压缩机管道的振动未得到有效控制，则可能造成机器损坏，引发管道破裂甚至更为重大事故。因此，合理的管路布局尤为重要，往复式压缩机的入口管和出口管应沿地面布置，尽量减少弯曲次数；与此同时，适当设置坡度，在操作平台下，操作平台两侧设置阀门。另外，在布置管路进行应力分析的过程中，应尽可能使用长径弯头，尽量不适用可变直径的管道，防止阀门产生涡流，有效降低管道的激振力水平，从而减少振动造成的危害。与此同时，管道中的平均压力尸是生产装置的工艺参数，主要取决于工艺操作要求，通常不适合改变，但压力不均匀可以通过局部瞬时高压的方式来进行调整，降低孔板下流管道中的峰值压力可有效减小压力的不均匀性。安装孔板时应注意开孔率，孔板厚度控制在3～5mm之间，压降不应超过管道平均压力的0.25%。如果管道要用蒸汽吹入，并且蒸汽温度高于中等温度，则应根据蒸汽温度考虑管道的灵活性，经过管道振动分析和设计后，应进一步检查管道的静应力、压力脉动和其他荷载，保证产生的综合应力不超过管道的许用应力值。

3 结语

综上所述，往复式压缩机的运行特点是导致管道振动的主要原因，在进行管道设计时，为尽可能地避免管道振动，就应当在满足工艺要求的前提下，对往复式压缩机的运行进行控制，通过管道布置、支架设置等方式进行运行优化，以有效的解决压缩机管道振动的问题，保证生产的安全性与稳定性。

参考文献

[1]续雯雯.浅谈往复式压缩机管道的振动分析和防振设计[J]科技经济导刊，2015（8）：147-148.

[2]杨陈博.往复式压缩机的布置及管道防振设计[J].山东化工，2016（12）：135-136.

[5]杨华.6M80型往复式压缩机管道设计[J].广州化工，2016（6）：113-115..

[4]刘俊.ZQ14081601：往复式压缩机管道设计[J].化工管理，2015（20）：11-12.

[5]张世伟.往复式压缩机管道的振动分析与防止[J].山东化工，2017（1）：79-81.