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丙烷气体压缩机管道减振措施

文档作者：田勇李中增赵瑞杨贝莎翟川兵文档来源：中石化河南油田分公司采油一厂		点击数：	更新时间： 2024年07月03日
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上一篇：并行油气管道保护措施研究

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压缩机是一种将气体压缩从
而提高气体压力或输送介质的机
器，在国民经济和国防建设的许
多部门中应用极广，特别是在石
油、化工、动力等工业中得到广泛
的应用，俗有“心脏”之称。但其
管道振动问题严重影响了安全生
丙烷号傩压缩栅管
厘蹴振措旋
田勇李中增赵瑞杨贝莎翟川兵
(中石化河南油田分公司采油一厂河南桐柏474780)
【摘要】通过对压缩机在运行过程中的振动现象进行现场观察、分析，找出引起
压缩机管道振动的主要原因，并结合实际情况，采取一系列有效减振措施，使压缩
机管道振动问题得到了较好的解决，没有因管道振动而产生法兰连接螺栓被振断、
管线上的管卡被振断、阀门上的法兰螺帽被振掉这些事故隐患，达到了减振的目
的，保证了压缩机的长周期安全稳定运行。
【关键词】压缩机管道振动原因分析减振措施 ．
产，其振动会导致连接部件松动
或断裂、零部件的加速磨损、机器
的功耗增加及产生噪声，轻则造
成管道裂纹、泄漏，重则造成中
毒、爆炸、着火等恶性安全事故。
我厂轻烃回收装置中，使用的
4L一1 0／22一I型往复活塞式双缸双
64 l石油和化工设置． 。．∞
作用丙烷气体压缩机，6台压缩机
并联使用共用一条出口管线，正
常生产时用3台，备用3台。压缩
机的进出口管线经过1998年、2003
年的二次改造后，振动加大；特别
是2003年12月装置检修后，启运
5#压缩机时，机身和出口管线(一
直到净化装置平台)振动加剧，振
幅达5— 10mm，后来多次启动该机
都出现这种现象，致使该机2003年
基本上没有运转过。2004年装置检
修期间，在二级出口管线上增加
了一个分离器(相当于缓冲罐)，
并加固了出口管线，启运该机后，
振幅减小，但效果还是不好。后来
5#机机身一级出口中冷器上的安
全阀下法兰连接螺栓被振断，刺
出大量天然气；6#机二级出口管线
上的管卡被振断，二级出口阀门
上的法兰螺帽被振掉， 由于操作
人员巡检到位、发现及时，避免了
天然气大量泄漏、引起着火爆炸
恶性事故的发生。
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这种现象的发生，严重影响了
生产的正常进行，更重要的是给
安全生产带来了隐患。因此，不解
决压缩机及管道的振动问题，就
不能保证轻烃装置的安全生产。
1振动原因分析
通过对压缩机及管道的现场
观察、分析，引起压缩机管道振动
的因素主要有以下几个方面：
1．1激振力分析
(1)压缩机在空载时，主机和
管道振幅较小，而带负荷时振动
剧烈。由此可见，压缩机及管道振
动严重的原因， 并非由于压缩机
运动机构的动力平衡性能差或基
础设计不良引起的，而是由于管
道内气流脉动造成的。
(2)由于压缩机吸排气为间歇
性且排气量大，使气流的压力和速
度呈周期性变化且气流脉动大。气
流在管道中传播时，在管道的弯头、
异径管、控制阀、直管段等部位就
会形成激振力，引起管道的振动。
(3)压缩机排气管线管径小、弯
头多，5#、6样机二级出口管线与母线
接口的两个部位弯头相距过近，出
口气体流经管道时产生的阻力大，
排出气体没有及时得到缓冲。
(4)管架过高，管线支撑不稳。
为了操作和管线检测方便，1993年
压缩机进出口管线更换时，将地
下管线改到地上，1998年、2003年
两次更换管线时又稍有提高，而且
支撑减少了一半，管线距地面0．8m，
一级出口安全阀放空管线高出一
级缸顶部0．5m。管线内压力高，管
线又没有很好地支撑固定，这也
是引起管线振动的一个原因。
1．2气柱振动系统分析
压缩机管道系统内所容纳的气
体称为气柱。因为有质量的气体可
以压缩、膨胀，所以气柱既具有一
定质量，又具有一定弹性。通常把
气柱看作一个连续弹性体，既它本
身就是一个振动系统，在一定的激
励条件下会产生一定的响应。压缩
机周期地、间歇地进气或排气，导
致管道内气流压力脉动，对管道内
的气柱而言，这就是一种激励，激
起气体压力波，压力波沿气柱以声
速进行传播。压力波在管道中传播
时，在管道的转弯处或截面变化处
就会形成激振力。
对于气柱系统，当激励频率等
于或接近于气柱的某一阶固有频
率时，则气柱系统将呈现出最大
的振动响应，形成强烈的气流压
力脉动，即气柱共振。
1．3机械振动系统分析
包括管道及其附件、支撑的管
道系统是一个机械振动系统。在
田勇 (1967一)现在中石化河南油田分公司第一采油厂从事生产和技
术管理工作。
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l WEl XlU GAl ZAO
激振力的作用下，就会激起管道
系统作机械振动。对于管道结构
系统， 当激励频率与某一阶机械
振动的固有频率相等或接近时，
则管道结构系统将呈现出最大的
振动响应，形成强烈的机械振动，
即管道结构机械共振。
最坏的配管情况是三个频率
重合，即激励频率等于固有频率
又等于管道结构的机械固有频率
时，则气柱和管道均处于共振状
态，导致管道产生强烈振动以至
无法工作或破坏。
2 减振措施
气流脉动对管道施加激振力，
这个力可以看成是压力脉动和速
度脉动的合成，但在数量上由于
压力脉动引起的占90％ 以上。管道
结构在压力脉动下产生受迫振动。
既然压力脉动是引起管道振动的
根源，那么只要采取适当的措施，
把压缩机管道中的压力不均匀度
消减到足够小，使之产生的激振
力不能够引起管线的强烈振动。
往复活塞式压缩机气流脉动
无法避免，故管道振动也无法避
免，我们要尽可能地把振动控制
在一定范围，保证管系长周期使
用不破坏。为了控制压缩机管路
的气流脉动，可以采取一系列有
效措施。合理的途径就是消除激
励的根源，可以在压缩系统中设
置缓冲器、声学滤波器、孔板和改
变管道长度等方法。
2．1在管道中设置缓冲器
缓冲器类似于机械振动系统
00。．。。 石油和化工设备J 65
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冲器能使后面管道的气流缓和，降
低排气期间气体冲击所造成的损失，
以及降低管道内的阻力损失。它不
仅能降低脉动气流的振幅，而且也
能改变气柱的固有频率。安装缓冲
器时，离气缸越近越好，最好不要
用中间接管，而直接将缓冲器配置
在气缸旁。若不能这样配置时，则
连接管道应比气缸接管的截面积约
大50％，管道拐弯处应取较大的弯
曲半径，以保证气流平稳流动。由
于压缩机一级和二级出口管道上设
置有分离器，相当于缓冲器，扩大
原有出口缓冲器或再增加缓冲器造
价高。因此2005年装置检修期间，
在压缩机的进、出口上增加缓冲
段，将进口管线 114 X 5 X 800mm
改为 159 X 7 X 800mm；将出
口管线 89 X 7 X 1000mm改为
159 X 7 X 1000mITI。
2．2在管道中设置声学滤波器
声学滤波器的作用原理基于声
波的干涉，容器公称直径D为4倍
管道内径d，容器长度L为12～16d，
带孔管的流通截面积等于或大于进
气管的流通截面积，带孑L管上,'JqL
的孔径为带孔管直径的1／4，孔间距
离为带孔管直径的1／3。声学滤波器
离气缸越近，其消振效果越好。
声学滤波器的优点是消振效
果好、阻力小，但结构复杂不易实
现，不如缓冲器用得普遍。
2．3应用孔板消振
在管道上应用孔板能使气流的
压力脉动得到一定程度的缓和。孑L
板是一薄板，厚度h=3～5mm，开口
66 I石油和化工设苗，20。．o6
比d／D=0．43～0．52(d为孑L板内径，D
为管道内径)。容器前管道振动，孑L
板加在靠近容器前法兰处；容器后
管道振动，孑L板加在靠近容器后法
兰处。加孑L板的地方必须是压力脉
动的波节处，切勿随意安置。
由于孑L板是阻力元件，用孑L板
消除气流脉动会引起压力损失和
功率损失，且可能有噪声，经济性
差，所以不宜采用。
2．4改变管道长度
缩短管道长度，使管道系统的
刚度、固有频率及共振的简谐阶次
得到提高，同时使激励力降低，从
而避免共振。要尽可能缩短管长，减
少弯头与异径管等数量，减少激振
力；避开共振管长；采用较大的管
道转弯曲率半径，增大脉动的阻尼
作用。因此2005年装置检修期间，把
6#机二级出口管线与母线接口移
位，弯头的管道转弯曲率半径变大，
保证气流平稳流动，减少在弯头处
两股流体的冲击。并对压缩机一级
出口安全阀连接管线下移0．4 ITI，同
时各增加法兰一对，便于一级缸检
修时能拆卸管线和缸盖。
2．5加强管道支撑
为降低管道的振动振幅，通常
在管道系统中采用减振元件，如
在支撑上用石棉胶板、石棉或其
他材料制成的减振垫圈，以及阻
止振动发展的制动器。此外还可
以在管道上紧固动力消振器等。
为了防止管道系统发生共振，
在选择管段两支座之间的距离时，
应使管段的固有频率比激励主频率
高30％或低30％。较为有利的情况是
把管段的固有频率设计成低于激励
主频率。
管道拐弯处是激励力作用的地
方，布置管道时应尽量少用弯头，不
用急剧拐弯的管子，而采用圆弧半
径较大的弯管。管道应尽可能平直，
当管路较长时，推荐使用大直径管，
弯道拐弯处应有刚性卡箍或支撑。
因此2005年装置检修期间，对
压缩机管线上的卡箍和支撑重新进
行了设计、制作，并加上减振垫圈
以消除激振力的影响。后又在靠近
弯头的两端，在接近三通交叉处的
三个支管上设置卡箍和支撑，并多
点分散固定，尽可能降低管道的附
加应力。
3 结束语
通过采取以上减振措施后，我
厂轻烃回收装置中的6台丙烷气体
压缩机的管道振动问题得到了较好
的解决，没有由于管道振动而产生
法兰连接螺栓被振断、管线上的管
卡被振断、阀门上的法兰螺帽被振
掉这些事故隐患，达到了减振的目
的，保证了压缩机的长周期安全稳
定运行，为我厂轻烃回收装置安全
生产打下了良好的基础。圈
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f21陈鸣臬．H508管线的减振『J1．压缩机技术。1992。(4 l

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