上海建安化工设计有限公司 上海 200437
摘要：往复式压缩机的相关管道的振动产生在实际工厂相关设计中是需要特别注意的问题。合理的设备布置和多方面的配管防振设计、科学的支架设置都是规避往复压缩机系统产生振动的有效手段。本文针对往复式压缩机在实际工厂设计中遇到的实例进行分析，为相类似的项目提供一定的参考目的。
关键词：往复式压缩机管道振动防振支架
中船瓦锡兰发动机公司在上海的厂区需要对厂区内的工艺气体混入二氧化碳并进行增加，用于发动机制造工艺。项目要求把制造发动机用工艺气体压力从0.6Mpa增加到0.8Mpa。
本装置的增压气体压缩机采用往复压缩机，型号采用四朋机械生产的HW-20型，该压缩机系列采用一级四缸。其主要技术参数：（1）压缩机的气体流量6500Nm3/h；（2）曲轴转速：740r/min；（3）轴功率185KW；（4）入口缓冲罐3个立方，采用1个考虑。（5）出口缓冲罐3个立方，采用1个考虑。（6）压缩机有回流功能。（7）设计温度最高80摄氏度。
1 工艺流程概述
从厂区外的气源进入厂区内的调压撬设备稳定气体压力后，经过脱水器脱水后，进入进口缓冲罐稳定及缓和气体压力，随后进入压缩机进行增压。本项目压缩机采用一用一备。工艺气体经过增压后流入出口缓冲罐缓冲。工艺气体出口管线同时并联入冷却器进行气体冷却循环回流。增压后的管道与二氧化碳气体通过管道混合器混合后进入厂区现有总管，流入发动机主装置。进口和出口缓冲罐均设计安全阀，安全阀出口管道汇总后排入总管，由于该工艺气体为可燃气体，所以总管末端设置阻火器。
2设备布置
本项目压缩机设备采用露天布置，压缩机厂区在主装置建设前就已经规划好，且压缩机厂区预留区域的围墙已经建设完成，所以在设备布置中需重复考虑现有厂区的面积，已经和现有厂区周边环境是否符合总图规范要求。本装置一边靠近场外高压电线，另一边紧邻厂内道路，设备布置需要按照国家规范，该压缩机需离高压线1.5倍杆高距离，同时要满足厂内道路间距要求；最终决定修改压缩机装置外的厂区内道路，从而满足了设备布置的规范规定，但造成压缩机与缓冲罐的布置过于密集的问题，为了尽量降低管道振动的可能性，缓冲罐靠近压缩机的设计也是非常合理的。
3 管道布置原则。
两台压缩机对称布置，管道在考虑柔性的情况下考虑减少弯头数量以减少共振情况；管道的布置和阀门的位置除了要考虑操作维修外，还要考虑不妨碍压缩机内部元件拆装及维护的空间。进出口管线均沿地面上的管墩支架铺设，管道的配管设计要考虑尽量短同时路径走向要尽量直。由于该工厂加压的介质气体属于易燃物，所以配管设计时对放空和排凝都采用双阀设计。安全阀的管道放空应按照间歇排放的排放口规范考虑。
4 管道防振措施
压缩机管线的防振设计是管道配管的重要考虑因素，好的管线设计可在满足管道柔性的前提下也能防止管道振动，同时降低管道与设备之间产生共振的风险。压缩机相关管道的振动归根结底就是气流在管件、阀门等管道部件内产生的周期性的流动。压缩机管线内部介质的固有频率、激发频率以及压缩机本身往复运动产生的振动频率重合的化，就会产生整个关系的振动，从而使得管道发生疲劳甚至应力破环。
（一）管道配管。
（1）在满足管道柔性、应力的情况下，尽量缩小弯头的数量。因为振动管线上的弯头过多就增加了管内气柱撞击弯头的次数，产生过多的激振力，从而使得整个管线不稳定，增加管道频率和设备频率的一致性的概率，最终可能引起整个管线系统的共振。
（2）管线上的仪表尽量扩大口径，小于DN40的仪表管分支，建议设计至少三个方向的补强。常规补强方式是将与管道材质一致的三角筋板，按照一定角度把焊接在主管和仪表分支管之间。除了仪表以外，阀门的手轮、控制机构等都可能产生振动，在配管设计的时候也要把这些因素考虑进去，合理的位置和方位，重点容易发生振动处的局部补强和合理的支撑固定都是防振的手段。
（3）往复式压缩机由于设备自身的内部结构和运行原理，使得增压后的气体从出口管嘴排出时带走一定的热量。出口管线的温度升高的同时还会有一定的振动，所以相关管线需要考虑柔性的前提下进行防振考虑。由于压缩机管线的振动性特点以及本项目的气体为易燃易爆介质，所以不能按照常规管道配管设计考虑膨胀节或者补偿器，而是需要通过配管走向和支架的设置达到自身消化热膨胀带来的管道应力和位移。
（二）管道支架。
降低管道振动的方法中除了扩大管径，增加缓冲措施，增加孔板、扩大缓冲罐、增加集管器等方法外，管道自身的支架也是防止管道振动的重要缓解和因素，本项目的具体支架设计有一下几点考虑和分析。
（1）管道支架采用刚性坚固支架，考虑到振动管线高度过高，支架也会相对增加高度，从而降低了支架的稳定性和刚度，故压缩机进出口管线沿管墩铺设，管墩采用混凝土基础，顶部预埋钢板，现场将工字钢和预埋板焊接，工字钢再和防振管卡底板焊接。其余管道支架采用独立支架，避免了整体支架可能产生共振的可能。
（2）管卡采用防振管卡，卡箍采用金属带，内部设置聚四氟乙烯防振垫片。防振管卡不可以选用U型的通用行卡箍，应带采取扁钢。
（3）支架本身需要根据应力和柔性分析设计支架本身的位移方向。本项目压缩机内部管道从末端水平衍生出机体并形成管嘴的水平直管段，全部采用导向支架。所以设备外进出口管线必须考虑吸收这部分设备内部管线的膨胀量。相关管道支架的采用与管道膨胀方向一致的导向架。而其余振动管线在满足柔性和应力的要求下用防振卡箍紧紧固定在支架上。
（4）管道配管需要按照设备布置设计，本项目由于空间狭小，所以管道走向本身收到空间狭小影响较大，故改变走向降低系统共振的难度较大，所以考虑管道支架的间距采用不规则设计，也就是管道支架的间距不一致，使得管道系统产生共振的可能性进一步降低。管道支架的间距并不是都不一样就是最好的，一般相邻支架的间距可以考虑不一样，同时支架之间有一个间距设计的间隔较大也是比较好的方式，可以大大降低管道共振的概率。
（5）管道支架的位置设计除了考虑通常的配管要求，以及满足管道柔性和荷载的要求以外，在容易产生气流柱和激振的地方，如弯头、阀门、大小头等管道部件处，需设计刚性足够的支架。在考虑经济、合理、美观的情况下，关键部位考虑设计支架也是一种降低管道共振的措施之一。
（6）通过对管系的应力分析，也可以分析出管道的固有频率，从而尽量在错开管线系统的共振区域，减少发生共振的概率。通过下方公式，可以分析得出，管道支撑长度和管线长度都是可以根据实际配管情况进行变化的，所以通过增加管道支架的数量，缩小支架之间的跨距等手段都可以增加管系的固有频率。
λ-支撑型式系数。
E-弹性模量。
J-截面惯性矩
M-管线质量
L-管系长度
5.注意事项：
（1）压缩机厂家的设备制造图与实际不符，设备本身的管道布置不合理。对压缩机外配管要求，除了考虑振动外，对吸收压缩机设备内部管道膨胀位移量和柔性都要考虑。
（2）在考虑防振支架的情况下，由于压缩机内部管道没有考虑吸收热膨胀，故管卡紧箍的同时需考虑管道柔性.
6.结语
往复压缩机的设备布置和管道布置除了要满足规范及防火和操作维修要求外，工作重心要放在管道的防振上。通过优化管道路径和考虑支架的合理设置，使得压缩机的顺利运行有了坚实基础。
中船瓦锡兰发动机有限公司在2017年12月开始设计，2月完成施工图，并与同年5月中旬顺利完成开车并运转良好。
参考文献
[1]郁永章.往复活塞压缩机[M].西安交通大学能动学院，2006.
[2]李奇，往复式压缩机管道振动的解决办法[J].压缩机技术，2011，49（1）：
论文作者:吴洋
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/26
标签：管道论文; 压缩机论文; 支架论文; 管线论文; 气体论文; 设备论文; 厂区论文; 《建筑学研究前沿》2018年第15期论文;