石油化工装置压缩机管路振动分析

石油化工装置压缩机管路振动分析

发表时间：2019-05-21T09:37:18.517Z 来源：《防护工程》2019年第3期作者：王爱华

[导读] 分析导致其产生管路振动的原因，并针对这些原因分别提出了相应的减振措施，以供参考。

中海油气（泰州）石化有限公司江苏省泰州市 225300

摘要：文章针对石油化工装置压缩机管路振动所造成的危害，分析导致其产生管路振动的原因，并针对这些原因分别提出了相应的减振措施，以供参考。

关键词：石油化工装置；压缩机；管路振动

1引言

在石油炼制企业中，往复压缩机是比较重要的设备，尤其是在目前全世界的原油重质化和劣质化不断加剧，以及我国目前对石油化工产品的质量要求在不断提高的形势下，在石油炼制企业中往复压缩机的应用范围在不断扩大。但是在石油炼制企业中进行往复压缩机的应用过程中，由于其运行中需要进行间隙性和周期性的吸气和排气，这就会导致气流压力和速度也随之及逆行周期性的变化，也就会使得管路内的气体呈现出脉动的状态而表现处管路内的气体参数随位置和时间进行周期性变化的特点。这也是导致压缩机管路出现脉冲性振动问题的主要原因，此问题会导致出现管道的疲劳损伤、保温材料的破损以及对仪表的正常显示造成影响，甚至会导致法兰连接螺丝松动并加剧管线焊缝的疲劳损伤等问题，严重时会导致气体泄露和火灾爆炸事故的发生。因此就需要针对石油化工装置压缩机管路振动原因进行分析并采取相应的减振措施来确保压缩机的稳定运行。

2石油化工装置压缩机管路振动原因分析

2.1气柱共振

气柱就是压缩机管路内的气体，其由于具有质量和弹性，而且可以被压缩和膨胀，这就会导致在压缩机的正常运行中，也就是进行周期性的吸气和排气的过程中，会激发管路气柱并导致其发生振动以及按照声速来进行传播。在此过程中，由于气柱作为一个弹性系统，其固有频率是按照配管情况和管路始端、末端的边界条件来确定的，而且将最低的频率成为一阶固有频率，其他的按照频率高低，则分为二阶固有频率和三阶固有频率等。而气柱共振的现象就是上述气柱的固有频率出现在激发频率的共振去中时发生的压力脉动被放大的现象。因此针对此问题来采取减振措施时，需要计算气柱的固有频率，尽量对其进行控制来错开活塞的激发频率。而影响气柱固有频率的因素则主要有介质组分、缓冲器尺寸与位置、管径大小、管系分支数量与位置、各管段长度、孔板及其安装位置、各管段端点条件等。

2.2气流压力脉动

在压缩机正常运行中进行周期性的吸气和排气的过程中，活塞也同时进行上述周期性运行，此时就会产生压力脉动现象，而此压力脉动则相当于对气柱施加了一个激振力，这就会导致管路内的气流压力会随着时间的变化也发生变化。而且在对上述影响因素进行分析之后可知，在管路内的气流压力不均匀度增大时就会增加振动频率的大小，此时就会产生比较大的振动能量并且会增加对管路的破坏。此外，在上述脉动气流经过管路的弯头、异径管、分支管、阀门以及盲板等位置时，还会由于气流压力不均匀度较大的原因而产生比较大的激振力问题，这就会增加管路振动的概率，且在管系中形成一定的机械振动响应。也就是说激振力的大小会直接决定所引起的管道振动情况，因此在对管路减振措施的研究中就需要做好对激振力的计算工作，对振动隐患问题尽早进行消除。

2.3机械共振

压缩机中的管路、管件以及支架等部分也会组成管路本身的弹性系统，在气流脉动而产生压力脉动变化时，也会对管路中存在弯头的位置以及存在大小头、三通和阀门等位置产生周期性的激振力，在此激振力的作用下就可能会导致管路振动问题的发生。这主要是由于管路系统中不同的配管情况、支承类型和位置、不同的边界条件等也存在不同的固有频率，如果上述固有频率落入共振区域中就会导致振动加倍。如果管路本身的设计存在问题而导致激发频率、气柱固有频率以及机械固有频率重合，则会导致更为严重的振动问题。因此针对此原因引起的振动问题进行减振处理，就需要在管道设计时确保管系的最低阶固有频率比激振主频率要高，还要对支架的数量、间距以及本身的刚度等因素进行控制。

3石油化工装置压缩机管路减振措施分析

3.1优化气流振动控制效果

为了对气流振动问题进行缓解，可以进行缓冲器以及孔板的设置。其中进行缓冲器的设置可以对气流脉动进行有效缓解。目前比较常用就是通过缓冲罐对排出气体的压力脉动进行缓解，而且为了对缓冲罐对气流脉动进行减缓的作用进行充分发挥，通常将其安装在紧靠压缩机的进、排气口的位置，而且要经过计算来确定所用缓冲罐的容积。而另一种方法也就是进行孔板增设的方法比较少用，就是将具有一定尺寸的孔板安装在容器入口的位置，取消管道尾端的反射条件并且使得压力不均匀度降低。但是孔板的增设会增加压力损失，也会对工艺操作产生不利影响。

3.2优化管道结构设置效果

在压缩机管路中不可避免会存在弯头、冰晶以及分支或节流元件，在此位置会导致出现阻力、流速以及流向的变化，这就会导致激振力的产生。而为了对激振力进行有效减少和控制就需要尽量减少上述结构部位。这就需要在进行管道布置时，首先要尽量减少拐弯的部位，如果不可避免拐弯的部位可以采用长半径弯头或者是45°弯头，还要对这些部位进行牢固固定，而且要按照顺着介质流向的连接方式来对汇流管道进行连接。其次就是在对管道进行敷设时尽量沿着地面进行敷设而且对敷设高度进行降低，而且可以通过对支架进行增加的方式来起到减振作用。避免将管路在管架、厂房以及设备上进行压缩机出口的敷设。最后就是对支架的数量及逆行增加以及对管路的走向进行改变，而且在两个管墩之间也尽量减少长直管道的布置，而且最好将管道在不等跨的管墩上进行布置，而且要按照管道直径、材质以及管内压力的不同而对间距进行调整，通常控制在3m左右。

3.3优化管道支架设置效果

通常采用水泥墩预埋H型钢+防振管卡形式的支架，而且在进行管墩设置时需要与压缩机与构筑物的基础分开，还要采用加筋板的方式

来对H型钢进行加固，这样就可以实现H型钢结构稳定性的提高。此外还可以按照管墩长度以及荷载来对筋板对数进行调整，所采用防振管卡的形式为径向固定、轴向可伸缩的形式。在防振管卡与管道之间增加一次呢过非金属板来起到减振作用。 4结语

石油化工装置压缩机的应用中比较常见的问题就是管路振动的问题，鉴于此问题对石油化工装置以及石油炼制企业的正常生产运行以及安全所造成的危害，在对引起振动的气柱共振、气流压力脉动以及机械共振等原因进行分析之后，针对不同的原因提出了相应的管路减振措施，以确保压缩机的稳定和安全运行。

参考文献：

[1] 李鹏. 石油化工装置压缩机管路振动分析及减振措施[J]. 化工设计通讯, 2017(7).

[2] 张忠. 石油化工装置压缩机管路振动分析及减振措施[J]. 山东化工, 2016, 45(17):91-92.