压缩机的振动处理

压缩机空冷器安装改造中机组震动的研究

摘要：

天然气母站于2005年9月22日正式投入运行，气源主要来自吐哈油田，由城市分输站直接管输供气，三台压缩机供气能力达60000NM3/d。天然气母站目前安装有自贡压缩机厂生产的D33.4-11/250型CNG压缩机两台，压缩机组，用于CNG加气站对低压天然气进行增压处理，使排出的压缩天然气压力达到25MPa，专为管束车充装天然气使用。

关键词：压缩机，空冷器，震动，原因，研究。

一、压缩机空冷器工艺流程

天然气冷却器，是专门为CNG压缩天然气的冷却需要而设计、制造的。是根据气体流动传热，空气对流传热原理，采用载热介质天然气在特定的管内循环流动，经特制的管制式换热器，外加强制空气对流，使换热器热量快速传递，达到强制冷却目的。

二、压缩机空冷器现状

（一）压缩机空冷器主要技术参数

空冷器进出口温度

（二）机组空冷器运行中存在的问题

现役的两台D-33.4/11-250型天然气压缩机经多次整改，目前空冷器仍然存在的突出问题有两个：一是空冷器换热效能低，机组冷却效果差。二是由于压缩机与空冷器组合在一个撬体上，机组及管路振动较大，压缩机空冷器频繁发生冷却管刺漏。

三、原因分析

从空冷器运行情况来看，空冷器冷却效果差，主要是空冷器受结构、运行环境的限制，换热面积和冷却风量不足所致；引起刺漏的原因主要来自二个方面：一是冷却盘管刺漏焊接质量和材质，换热管自由变形时和管板造成摩擦；二是压缩机机组和管道的震动。

（一）风速和冷却管表面迎风面积是影响换热效果的重要因素。

空冷器技术参数表明，在环境温度≤33℃时，各级气路天然气排出温度为≤45℃，在环境温度≥33℃时，空冷器各冷却组出口温度高于环境温度10-15℃，而实际达到56℃以上，夏季高温时可达80℃，各级进排气温差不足10℃，冷却效果远达不到设计标准。

下面我们通过板翅式换热器热交换和热传递过程分析影响其效果的主要因素：

热负荷计算公式：Q=KF△t

m

式中：K—整个传热面上平均传热系数 W/m2℃

F—传热面积 m2

△t

两种流体的平均温差℃

m——

传热平衡方程式：Q=G

1C

1

（t

1

’-t

1

’’）= G

2

C

2

（t

2

’-t

2

’’）

式中：G

1、G

2

—热、冷流体质量流速 Kg/S

C 1、C

2

—热、冷流体比热 J/Kg℃

t 1’、t

2

’—热、冷流进口温度℃

t 1’’ t

2

’’——热、冷流出口温度℃

换热器热交换和热传递过程中，空气热交换的介质不和空气直接接触，而

是通过冷器管道的金属壁面来进行的，冷热两流体沿传热面进行交换时，其温度和流速方向不断变化，故△t

m

随之不断变化，当视热平均温差为定值时，风速和冷却管表面迎风面积是影响换热效果的两个重要因素；反之，当平均传热系数K

和传热面积F为定值时，热交换量Q的大小决定了△t

m

的高低。冷热流体的温度、流量、流速、室内温度、安装方式等使用条件决定了冷却效果。

（二）热应力作用是造成换热管自由变形的主要原因。

从空冷器生产厂家提供的原始资料来看，冷却盘管材质、焊条材质，采用焊接工艺，焊缝进行100%磁粉探伤，检验合格，不存在直接发生刺漏的条件。换热管在高温、高压下反复受热变形、热冲击、热腐蚀以及未完全消除的温差引起的热应力作用下，换热管会产生相对位移，在热交换过程中，因流体流速过高引起的振动，使换热管自由变形时和管板造成摩擦，磨损破裂，而空冷器换热盘管经过多次重复补焊，焊接点的质量、强度下降，形成恶性循环。

（三）空冷器的振动来自压缩机撬体振动和管道振动。

要使物体发生形位变化或断裂等现象，其中的一个条件是该物体须受到力的作用，来自压缩机撬体振动和管道振动两种作用力，直接作用于空冷器冷却盘管，超出允许范围，导致管道破裂。

压缩机组振动：压缩机主机、电动机以及管道等相关附属设备在生产运行过程中互相影响, 构成一个相对完整的系统。压缩机橇体上至少存在曲轴箱、空冷器、电机三个震动源，它们相互作用，使机组产生振动,诱发原因是水泥基础质量存在缺陷, 施工过程中二次灌浆时砼没有很好的融合牢固。

管道振动：压缩机气流的变化呈周期性和脉动性。压缩机由于吸、排气的间歇性动作，其气流的参数将随位置和时间的变化而变化，当脉动的气流沿管道输送时，遇到弯头、异径管、盲板、控制阀等元件时，将产生激振力, 各种变

形叠加形成管道的周期性振动位移。当激发频率与管道气柱固有频率, 就会形成强烈的共振。压缩机管线的振动会使管路和附属设备连接处松动，加速振动管道的疲劳破坏。当出现以下情况时，管道发生剧烈振动，可能导致管道破裂：

1、由于压缩机运动机构的动力平衡性差或基础设计不当，引起机组振动，从而使与之连接的管道发生振动；

2、由于管内气流脉动引起的管道受迫振动；

3、管道结构与内部气流构成的系统具有一系列固有振动频率，当压缩机激发频率与结构某段固有频率相近时，系统振动叠加，形成共振，使管道产生较大的位移和应力。

(四)有效的减振对策

天然气压缩机的活塞往复运动形式产生振动源，由于其自身结构和运行特征决定了振动是不可避免的，但必须控制在一个不至于引起设备故障的范围内。机械共振方面已有有效的减振对策，主要表现在以下方面：

（1）地脚螺栓松动或联轴器不同心减振对策：基础减振，更换螺帽，重新制造地脚螺栓；加固底座；局部或重做水泥混凝基础；调整联轴器径向、轴向同轴度。

（2）管架激振力大引起振动减振对策：管架尽可能增设在振幅最大处。

（3）机械共振减振对策：在靠近弯头的两端，在接近三通交叉处的三个支管上均应设置管卡，不可只在某一点强行固定，而要多点分散固定，尽可能降低管道的附加应力。

（4）激振力大引起振动与机械共振减振对策：尽可能在振源点设置管卡；根据激振力产生方向设计管架的支撑强度与刚度；在具有振动的场合应避免管道与管道、管道与管架、管道与紧固螺栓等直接摩察。

（5）气流脉动大引起振动减振对策：孔板减振。容器前管道振动，孔板加在靠近容器前法兰处；容器后管道振动，孔板加在靠近容器后法兰处。

（6）管道振动减振对策：弯头过多等引起激振力过大，尽可能缩短管长，减少弯头与异径管等数量，减少激振力。避开共振管长，气柱共振：采用较大的管道转弯曲率半径，增大脉动的阻尼作用。

（7）气流脉动大引起振动减振对策：缓冲器减振。要有安装与检修空间；