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丙烷氣體壓縮機(jī)管道減振措施

文檔作者：田勇李中增趙瑞楊貝莎翟川兵文檔來源：中石化河南油田分公司采油一廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年07月03日
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上一篇：并行油氣管道保護(hù)措施研究

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壓縮機(jī)是一種將氣體壓縮從
而提高氣體壓力或輸送介質(zhì)的機(jī)
器，在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的許
多部門中應(yīng)用極廣，特別是在石
油、化工、動力等工業(yè)中得到廣泛
的應(yīng)用，俗有“心臟”之稱。但其
管道振動問題嚴(yán)重影響了安全生
丙烷號儺壓縮柵管
厘蹴振措旋
田勇李中增趙瑞楊貝莎翟川兵
(中石化河南油田分公司采油一廠河南桐柏474780)
【摘要】通過對壓縮機(jī)在運行過程中的振動現(xiàn)象進(jìn)行現(xiàn)場觀察、分析，找出引起
壓縮機(jī)管道振動的主要原因，并結(jié)合實際情況，采取一系列有效減振措施，使壓縮
機(jī)管道振動問題得到了較好的解決，沒有因管道振動而產(chǎn)生法蘭連接螺栓被振斷、
管線上的管卡被振斷、閥門上的法蘭螺帽被振掉這些事故隱患，達(dá)到了減振的目
的，保證了壓縮機(jī)的長周期安全穩(wěn)定運行。
【關(guān)鍵詞】壓縮機(jī)管道振動原因分析減振措施 ．
產(chǎn)，其振動會導(dǎo)致連接部件松動
或斷裂、零部件的加速磨損、機(jī)器
的功耗增加及產(chǎn)生噪聲，輕則造
成管道裂紋、泄漏，重則造成中
毒、爆炸、著火等惡性安全事故。
我廠輕烴回收裝置中，使用的
4L一1 0／22一I型往復(fù)活塞式雙缸雙
64 l石油和化工設(shè)置． 。．∞
作用丙烷氣體壓縮機(jī)，6臺壓縮機(jī)
并聯(lián)使用共用一條出口管線，正
常生產(chǎn)時用3臺，備用3臺。壓縮
機(jī)的進(jìn)出口管線經(jīng)過1998年、2003
年的二次改造后，振動加大；特別
是2003年12月裝置檢修后，啟運
5#壓縮機(jī)時，機(jī)身和出口管線(一
直到凈化裝置平臺)振動加劇，振
幅達(dá)5— 10mm，后來多次啟動該機(jī)
都出現(xiàn)這種現(xiàn)象，致使該機(jī)2003年
基本上沒有運轉(zhuǎn)過。2004年裝置檢
修期間，在二級出口管線上增加
了一個分離器(相當(dāng)于緩沖罐)，
并加固了出口管線，啟運該機(jī)后，
振幅減小，但效果還是不好。后來
5#機(jī)機(jī)身一級出口中冷器上的安
全閥下法蘭連接螺栓被振斷，刺
出大量天然氣；6#機(jī)二級出口管線
上的管卡被振斷，二級出口閥門
上的法蘭螺帽被振掉， 由于操作
人員巡檢到位、發(fā)現(xiàn)及時，避免了
天然氣大量泄漏、引起著火爆炸
惡性事故的發(fā)生。
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這種現(xiàn)象的發(fā)生，嚴(yán)重影響了
生產(chǎn)的正常進(jìn)行，更重要的是給
安全生產(chǎn)帶來了隱患。因此，不解
決壓縮機(jī)及管道的振動問題，就
不能保證輕烴裝置的安全生產(chǎn)。
1振動原因分析
通過對壓縮機(jī)及管道的現(xiàn)場
觀察、分析，引起壓縮機(jī)管道振動
的因素主要有以下幾個方面：
1．1激振力分析
(1)壓縮機(jī)在空載時，主機(jī)和
管道振幅較小，而帶負(fù)荷時振動
劇烈。由此可見，壓縮機(jī)及管道振
動嚴(yán)重的原因， 并非由于壓縮機(jī)
運動機(jī)構(gòu)的動力平衡性能差或基
礎(chǔ)設(shè)計不良引起的，而是由于管
道內(nèi)氣流脈動造成的。
(2)由于壓縮機(jī)吸排氣為間歇
性且排氣量大，使氣流的壓力和速
度呈周期性變化且氣流脈動大。氣
流在管道中傳播時，在管道的彎頭、
異徑管、控制閥、直管段等部位就
會形成激振力，引起管道的振動。
(3)壓縮機(jī)排氣管線管徑小、彎
頭多，5#、6樣機(jī)二級出口管線與母線
接口的兩個部位彎頭相距過近，出
口氣體流經(jīng)管道時產(chǎn)生的阻力大，
排出氣體沒有及時得到緩沖。
(4)管架過高，管線支撐不穩(wěn)。
為了操作和管線檢測方便，1993年
壓縮機(jī)進(jìn)出口管線更換時，將地
下管線改到地上，1998年、2003年
兩次更換管線時又稍有提高，而且
支撐減少了一半，管線距地面0．8m，
一級出口安全閥放空管線高出一
級缸頂部0．5m。管線內(nèi)壓力高，管
線又沒有很好地支撐固定，這也
是引起管線振動的一個原因。
1．2氣柱振動系統(tǒng)分析
壓縮機(jī)管道系統(tǒng)內(nèi)所容納的氣
體稱為氣柱。因為有質(zhì)量的氣體可
以壓縮、膨脹，所以氣柱既具有一
定質(zhì)量，又具有一定彈性。通常把
氣柱看作一個連續(xù)彈性體，既它本
身就是一個振動系統(tǒng)，在一定的激
勵條件下會產(chǎn)生一定的響應(yīng)。壓縮
機(jī)周期地、間歇地進(jìn)氣或排氣，導(dǎo)
致管道內(nèi)氣流壓力脈動，對管道內(nèi)
的氣柱而言，這就是一種激勵，激
起氣體壓力波，壓力波沿氣柱以聲
速進(jìn)行傳播。壓力波在管道中傳播
時，在管道的轉(zhuǎn)彎處或截面變化處
就會形成激振力。
對于氣柱系統(tǒng)，當(dāng)激勵頻率等
于或接近于氣柱的某一階固有頻
率時，則氣柱系統(tǒng)將呈現(xiàn)出最大
的振動響應(yīng)，形成強(qiáng)烈的氣流壓
力脈動，即氣柱共振。
1．3機(jī)械振動系統(tǒng)分析
包括管道及其附件、支撐的管
道系統(tǒng)是一個機(jī)械振動系統(tǒng)。在
田勇 (1967一)現(xiàn)在中石化河南油田分公司第一采油廠從事生產(chǎn)和技
術(shù)管理工作。
■j 一 ■ 昌■■■■■■_
l WEl XlU GAl ZAO
激振力的作用下，就會激起管道
系統(tǒng)作機(jī)械振動。對于管道結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)， 當(dāng)激勵頻率與某一階機(jī)械
振動的固有頻率相等或接近時，
則管道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)將呈現(xiàn)出最大的
振動響應(yīng)，形成強(qiáng)烈的機(jī)械振動，
即管道結(jié)構(gòu)機(jī)械共振。
最壞的配管情況是三個頻率
重合，即激勵頻率等于固有頻率
又等于管道結(jié)構(gòu)的機(jī)械固有頻率
時，則氣柱和管道均處于共振狀
態(tài)，導(dǎo)致管道產(chǎn)生強(qiáng)烈振動以至
無法工作或破壞。
2 減振措施
氣流脈動對管道施加激振力，
這個力可以看成是壓力脈動和速
度脈動的合成，但在數(shù)量上由于
壓力脈動引起的占90％ 以上。管道
結(jié)構(gòu)在壓力脈動下產(chǎn)生受迫振動。
既然壓力脈動是引起管道振動的
根源，那么只要采取適當(dāng)?shù)拇胧?
把壓縮機(jī)管道中的壓力不均勻度
消減到足夠小，使之產(chǎn)生的激振
力不能夠引起管線的強(qiáng)烈振動。
往復(fù)活塞式壓縮機(jī)氣流脈動
無法避免，故管道振動也無法避
免，我們要盡可能地把振動控制
在一定范圍，保證管系長周期使
用不破壞。為了控制壓縮機(jī)管路
的氣流脈動，可以采取一系列有
效措施。合理的途徑就是消除激
勵的根源，可以在壓縮系統(tǒng)中設(shè)
置緩沖器、聲學(xué)濾波器、孔板和改
變管道長度等方法。
2．1在管道中設(shè)置緩沖器
緩沖器類似于機(jī)械振動系統(tǒng)
00。．。。 石油和化工設(shè)備J 65
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沖器能使后面管道的氣流緩和，降
低排氣期間氣體沖擊所造成的損失，
以及降低管道內(nèi)的阻力損失。它不
僅能降低脈動氣流的振幅，而且也
能改變氣柱的固有頻率。安裝緩沖
器時，離氣缸越近越好，最好不要
用中間接管，而直接將緩沖器配置
在氣缸旁。若不能這樣配置時，則
連接管道應(yīng)比氣缸接管的截面積約
大50％，管道拐彎處應(yīng)取較大的彎
曲半徑，以保證氣流平穩(wěn)流動。由
于壓縮機(jī)一級和二級出口管道上設(shè)
置有分離器，相當(dāng)于緩沖器，擴(kuò)大
原有出口緩沖器或再增加緩沖器造
價高。因此2005年裝置檢修期間，
在壓縮機(jī)的進(jìn)、出口上增加緩沖
段，將進(jìn)口管線 114 X 5 X 800mm
改為 159 X 7 X 800mm；將出
口管線 89 X 7 X 1000mm改為
159 X 7 X 1000mITI。
2．2在管道中設(shè)置聲學(xué)濾波器
聲學(xué)濾波器的作用原理基于聲
波的干涉，容器公稱直徑D為4倍
管道內(nèi)徑d，容器長度L為12～16d，
帶孔管的流通截面積等于或大于進(jìn)
氣管的流通截面積，帶孑L管上,'JqL
的孔徑為帶孔管直徑的1／4，孔間距
離為帶孔管直徑的1／3。聲學(xué)濾波器
離氣缸越近，其消振效果越好。
聲學(xué)濾波器的優(yōu)點是消振效
果好、阻力小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜不易實
現(xiàn)，不如緩沖器用得普遍。
2．3應(yīng)用孔板消振
在管道上應(yīng)用孔板能使氣流的
壓力脈動得到一定程度的緩和。孑L
板是一薄板，厚度h=3～5mm，開口
66 I石油和化工設(shè)苗，20。．o6
比d／D=0．43～0．52(d為孑L板內(nèi)徑，D
為管道內(nèi)徑)。容器前管道振動，孑L
板加在靠近容器前法蘭處；容器后
管道振動，孑L板加在靠近容器后法
蘭處。加孑L板的地方必須是壓力脈
動的波節(jié)處，切勿隨意安置。
由于孑L板是阻力元件，用孑L板
消除氣流脈動會引起壓力損失和
功率損失，且可能有噪聲，經(jīng)濟(jì)性
差，所以不宜采用。
2．4改變管道長度
縮短管道長度，使管道系統(tǒng)的
剛度、固有頻率及共振的簡諧階次
得到提高，同時使激勵力降低，從
而避免共振。要盡可能縮短管長，減
少彎頭與異徑管等數(shù)量，減少激振
力；避開共振管長；采用較大的管
道轉(zhuǎn)彎曲率半徑，增大脈動的阻尼
作用。因此2005年裝置檢修期間，把
6#機(jī)二級出口管線與母線接口移
位，彎頭的管道轉(zhuǎn)彎曲率半徑變大，
保證氣流平穩(wěn)流動，減少在彎頭處
兩股流體的沖擊。并對壓縮機(jī)一級
出口安全閥連接管線下移0．4 ITI，同
時各增加法蘭一對，便于一級缸檢
修時能拆卸管線和缸蓋。
2．5加強(qiáng)管道支撐
為降低管道的振動振幅，通常
在管道系統(tǒng)中采用減振元件，如
在支撐上用石棉膠板、石棉或其
他材料制成的減振墊圈，以及阻
止振動發(fā)展的制動器。此外還可
以在管道上緊固動力消振器等。
為了防止管道系統(tǒng)發(fā)生共振，
在選擇管段兩支座之間的距離時，
應(yīng)使管段的固有頻率比激勵主頻率
高30％或低30％。較為有利的情況是
把管段的固有頻率設(shè)計成低于激勵
主頻率。
管道拐彎處是激勵力作用的地
方，布置管道時應(yīng)盡量少用彎頭，不
用急劇拐彎的管子，而采用圓弧半
徑較大的彎管。管道應(yīng)盡可能平直，
當(dāng)管路較長時，推薦使用大直徑管，
彎道拐彎處應(yīng)有剛性卡箍或支撐。
因此2005年裝置檢修期間，對
壓縮機(jī)管線上的卡箍和支撐重新進(jìn)
行了設(shè)計、制作，并加上減振墊圈
以消除激振力的影響。后又在靠近
彎頭的兩端，在接近三通交叉處的
三個支管上設(shè)置卡箍和支撐，并多
點分散固定，盡可能降低管道的附
加應(yīng)力。
3 結(jié)束語
通過采取以上減振措施后，我
廠輕烴回收裝置中的6臺丙烷氣體
壓縮機(jī)的管道振動問題得到了較好
的解決，沒有由于管道振動而產(chǎn)生
法蘭連接螺栓被振斷、管線上的管
卡被振斷、閥門上的法蘭螺帽被振
掉這些事故隱患，達(dá)到了減振的目
的，保證了壓縮機(jī)的長周期安全穩(wěn)
定運行，為我廠輕烴回收裝置安全
生產(chǎn)打下了良好的基礎(chǔ)。圈
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f21陳鳴臬．H508管線的減振『J1．壓縮機(jī)技術(shù)。1992。(4 l

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