石油化工装置压缩机管路振动分析及减振措施

发表时间:2019/3/28   来源:《电力设备》2018年第29期   作者:曹勇飞1 李志远2 袁家昀3
[导读] 摘要:压缩机是石油化工生产装置中的一个重要设备,而压缩机管路振动是一个常见现象,加强管路振动及相关减振措施研究对于提升石油化工生产的安全性及运行效益意义重大。
        (1 万达控股集团有限公司  山东东营  2570002 山东天弘化学有限公司  山东东营  257000;3 青岛盛泰丰国际贸易有限公司  山东东营  257000)
        摘要:压缩机是石油化工生产装置中的一个重要设备,而压缩机管路振动是一个常见现象,加强管路振动及相关减振措施研究对于提升石油化工生产的安全性及运行效益意义重大。基于此,本文首先分析了石油化工装置压缩机振动的原因,并对石油化工装置压缩机管路振动及减振措施进行了探究,旨在降低压缩机管路振动,为石油化工生产提供更安全环境的而基础上促进生产效益的提升。
        关键词:石油化工装置;压缩机;管路振动;减振措施
        前言
        在炼油和化工装置中,压缩机是一个非常重要的设备,在石油化工生产中有着广泛应用。压缩机在运作过程中,管道振动是一个不可避免的现象,这主要是由于压缩机通常进行往复式吸排气运作,具有间歇性和周期性的特点,因此气流压力和速度也会发生周期性变化,使得管道内气体出于脉动状态,进而造成进出口管道进行脉冲性振动。压缩机管道长期振动不仅会造成管道及管道保温材料损坏,而且还会影响管道仪表正常显示,严重情况下还会导致气体泄露而发生失火爆炸等安全事故,因此加强压缩机管道振动分析及减振措施研究意义重大。
        1压缩机振动原因分析
        (一)气柱共振
        气柱主要指的是在石油化工装置压缩机管路系统中能够容纳气体的结构。气柱共振是石油化工装置压缩机管路发生震动的原因之一。在压缩机管路系统中,压缩机纳入气体后形成气柱,气柱在自身重力作用下进行压缩操作各膨胀,从而具有一定弹性,可进行具体操作。气柱具备类似弹簧结构及功能后,向复式压缩机一样进行周期性吸排气运作,从而对压缩机系统管路产生激发作用,进而引起气质实际振动,相关参数也能够以声速进行有效传播。除此之外,气柱的实际振动效果还会受到安装孔板的位置、管径大小、缓冲器尺寸、介质组分等参数的影响。
        (二)气流压力脉动
        压缩机系统在运作过程中,往复式压缩结构吸排气过程具有间歇性 ,这种情况下,控制结构中的活塞也随之发生周期性变化,从而产生压力脉动。压力脉动的产生会对系统结构产生一个新的外部压力,管道内在激振力作用下出现气流压力,并随时间发生变化。结合相关力学原理进行分析,可以发现管道气流压力不均匀度值随着振动频率的提高而增大,反之变小,即两者间呈正比例关系。一般情况下,系统管道内气流压力的不均匀度值增大后,振动频率提高,振动能量也随之增大,振动更为明显,破坏力增大。据此分析及实际管理得知,脉动气流在经过管道弯头、异径管、设备阀门及系统中盲板时,相应参数也会发生变化,管道系统中最大激振力为较大压力不均匀度。
        (三)管路机械共振
        从结构分析角度看,压缩机管路主要由管子、管件及支架等组成,这本身就是一个具备一定弹性性能的系统。当管道内气流产生脉动时,管内压力脉动发生变化,管道中三通、阀门等部位在周期性激振力作用下发生管道振动。另外,压缩机管路系统在不同配管情况、支承类型、位置以及边界条件等也会存在一系列固有频率,从而提高管路机械共振程度。
        2压缩机管道减振措施
        (一)加强气流振动控制管理
        气流振动是压缩机管理发生震动的一个重要原因,因此加强气流振动控制管理是进行压缩机管路减振的一个重要措施。

从目前管理实际情况来看,借助缓冲器及增设孔板是较为有效的两种减振办法。在利用缓冲器减振过程中,主要通过缓冲罐实现,气体排出后直接进入缓冲罐,通过后压力脉动大幅度减少,具有直观、效果显著的优点。在实际应用中,通常在结合容积等参数进行全面核算的基础上,在靠近压缩机进气口和排气口位置安装缓冲罐。增孔板也具有一定的减振作用,但是相对缓冲器而言较差,而且存在着损耗压力及不利于工艺操作等影响,因此在实际中应用并不多。
        (二)优化管道结构设置
        压缩机管路系统中存在的拐弯、变径及分支等结构是激振力产生的主要原因,因此在减振管理中也可从此着手,通过管道结构设置优化实现振动降低目的。管道结构优化可以从以下几方面进行:(1)管道拐弯情况优化。首先要结合管道布设实际情况尽量减少拐弯,对于拐弯处尽可能用长半径弯头或是45°弯头,并切实做好固定工作,另外,尽量避免空间转弯,采用顺介质流向连接方式进行汇流管道连接。(2)管道敷设优化。合理采用沿里面或是降低高度方式进行管路敷设,也可以达到一定的减振效果。降低管路高度可有效提高管道支撑力,从而减小振动情况。此外,出于安全考虑,压缩机进出口管道不宜敷设在管架、厂房及设备上。(3)增设支架。采取增设支架的办法不仅可以提高管道相关部位支撑力,而且也可以利用其来改变管道走向,以合理控制管墩间距。两个管墩间距要根据管道直径、材质及管内压力要确定,一般情况下为3米左右。
        (三)合理选用管道支架
        管道支架对管路起着重要支撑作用,合理选用支架可有效提高固定牢靠程度,从而达到减振效果。结合相关实践工作,采取水泥墩预埋H 型钢+防振管卡形式支架支撑方式可以达到理想支撑效果。在实际应用中,管墩应与压缩机、构建物等基础分开,并采用H型钢加筋板方式对其进行加固,以提高整体结构稳定性。其次,要根据管墩长度及荷载对筋板对数进行合理调整;另外,压缩机在运作中出口管线温度有所增高,需考虑管线热应力下管道产生的热胀位移,因此防振管卡应采取径固定、轴向可伸缩方式,并且需在防振管卡与管道之间加一层如聚四氟乙烯板或者非石棉橡胶板的非金属板。此外,应加强支架安装施工管理,在严格按照设计要求进行安装施工的基础上,通过加强安装施工监督、检查等方式,针对施工中出现的问题进行及时解决,以全面确保支架安装施工质量,降低结构共振发生频率。
        (四)重视附属小管道减振设计
        在往复式压缩机管路系统中,任何一个附属管道安装情况都会影响到系统整体的振动情况,因此应采取有效措施对相应附属小管道进行减振优化设计。对于分支管道,应同样采取支撑固定,放空、排凝阀、仪表管道安装应尽量靠近主管,提高系统整体性,以最大程度减小共振作用。另外,对于出入口安全阀放空管线、排凝管线及仪表管线的引出点,应尽量靠近主管防振管卡位置。
        3结束语
        总而言之,压缩机作为我国石油化工生产系统中的一个重要设备,受到其工作特征的影响,其不可避免会出强烈振动的情况,所以对于加强减振措施研究意义重大。在实际减振管理中,石油化工生产企业应当要能够有效掌握其振动的主要原因,并结合生产实际需要,合理采用针对性减振措施,在确保其运行正常与安全的前提下以达到管路最佳减振效果,在优化石油化工生产环境基础上,提高企业生产经营的经济效益和社会效益。
        参考文献:
        [1]谷伟.往复式压缩机管路振动分析与减振方法研究[J].中国石油和化工标准与质量,2011,31(7):71-71.
        [2]荆恒铸,孔凡杨.二氧化碳压缩机管路振动原因分析与优化[J].河南化工,2017,34(9):47-49.
        [3]潘仲高,张正勇,周学辉.压缩机管路振动改造总结[J].化工设计通讯,2012,38(3):63-67.
 
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