原料气压缩机管道振动原因分析与减振措施

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在上海石化某炼油装置制氢单元，原料气压缩机 K-510lAB是对置式、三级压缩的活塞压缩机 ，型 号 为 14-3HHE-VG-3，吸人 流量 达 到133 in。/min，功率为 1900 kW。在生产中起到提高压力 、输送介质，为系统提供动力的作用 ，是该单元最重要的设备。但自从单元投产以来，该机- 直存在三级出口管道及其附属管道严重振动的问题 ，是安全生产的重大隐患。长此以往 ，管道本身、管道附件容易产生疲劳破坏 ，使连接部件松动，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。

该机三级出口管道的规格为 DN200，附属管道包括DN80和DN50的2种规格，其布置形式见图 1所示收稿日期：2012-10-2366l 瓣2 振动原因分析2.1 压缩机的固有特点由于K-5101的吸、排气为间歇性，且吸排气量大，使气流的压力和速度呈周期性变化，气流压力脉动比较大。当脉动的气流遇到弯头、三通 、异径管等部位，就产生较大的激振力，使其管道发生节奏性的振动。这是往复压缩机本身的特性所决定的。

2.2 出口缓冲罐的结构往复压缩机的每级气缸都要有进 、出口缓冲罐，起到减少系统压力脉冲、降低管路的振动的作用。但是，缓冲罐的形式、体积、结构、开口方向等因素对其作用的影响是很大的。

该机组的出口缓冲罐的结构见图 1所示。体积为 1.5 in。，这种结构是比较常用的，对中小气量的压缩机是可以的，但是对于本台大气量的压缩2013年01期(总第237期)鞠故 障 分 析Fault Analvsis机，其缓冲效果是不够的。

2.3 支撑的位置和形式如果支撑位置不合理，或者是支撑形式不合适，管道、管道附件、容器、支架等构成，受到激发后产生机械振动响应 ，就会引起了管道的振动。

特别是当激发频率 (由压缩机的转动引起)与管道系统固有频率 (通常是多个)之-相等或相近时，就会激发气流形成强烈的脉动，形成系统共振。

需要进行说明的是，设计有支-1这-支撑，但由于遗漏的原因未予以施工。因此在最初的开机时，管道振动的相当厉害。安装了该支撑后管线系统的振动得到-定的改善，但振动还是比较大 ，特别是附属管线更严重，因为主管线尺寸相对比较图 1 压缩机出口管道系统与测点图大，振动的能量大，在附属管线上进行了放大。后来又根据设计院的方案，在支-2和支-3之间增加了支撑和拉筋，但没有任何作用，又予以拆除了。

3 常见的管道减振方法往复压缩机的气流脉动是无法避免的，故管道振动也无法避免，我们要旧能地把振动控制在-定范围，保证管系长周期使用不破坏。在采取管道减振措施时切忌不作任何分析盲 目减振，不但效果不好，而且有可能加速管道的失效。针对不同的振动原因应该采取不同的减振措施，常见的减振方法及其应用见表 1所示。

4 管道的振动监测和减振措施针对该压缩机的管道振动问题 ，首先对该管线进行了实时振动监测，测点分布见图 1所示，采用的仪器是美国CSI公司的 190型振动分析仪。

测量结果包括各测点在水平、垂直 、轴向的振动值和频谱中的主振频率，见表 2所示。

表 1 常见的减振方法及其应用减振方法 应用诚 注意事项(1)管架旧能增设在振幅最大处(2)在靠近弯头的两端，在接近三通交叉处的 3个支管上均应设置管卡。不可只在某-点强行固由于激振力大或机 定，而要多点分散固定 ，旧能降低管道的附加应力。

增设管架 械共振而引起的振 (3)旧能在振源点设置管卡动 (4)根据激振力产生方向设计管架的强度与刚度(5)管道固定的位置应是其自由状态，切忌撇劲而增加附加载荷。

(6)在具有振动的诚应避免管道与管道、管道与管架、管道与紧固螺栓等直接摩察。

气流脉动大引起振 (1)孔板尺寸：开口比dlDO.43～0.5，厚度 h-3～5ram。

增设孔板 (2)孔板内孔无倒角 动(3)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。

(a)弯头过多等引 (1)旧能缩短管长，减少弯头与异径管等数量，减少激振力。

起激振 (2)避开共振管长和管道力过大设计改造 (3)采用较大的管道转弯曲率半径 ，增大脉动的阻尼作用。 (b)气柱共振(4)可通过增设管架或增大管道直径或厚度(但必须保证强度与工艺要求)增大管系刚度、质量来 (c)上述 2种情况 改变机械振动频率。

气流脉冲动大引起 (1)要有安装与检修空间增设缓冲器 (2)缓冲器离气缸越近越好 振动(3)缓冲器容积足够大(参考有关专者计算)(1)容器公称直径 D为4倍管道内径 d增调声学 气流脉动大引起振 (2)容器长度 为 12～16 d滤波器 动 (3)带孔管的流通截面积等于或大于进气管的流通截面积(4)带孔管上凶的孔径为带孔管直径的 1/4，孔间距离为带孔管直径的 l，3。

(a)管道根部经常 若采取-系列消振措施仍然有-定振动或由条件限制而振动难以消除时，在管道根部增加筋板，裂纹 降低根部局部应力，逐渐释放振动应力。此方法对异径三通或小管道避免振动裂纹效果较好。 其它(b)备用设备管道 备用设备管道振动是由于具有盲管段，通过增设阀门切断盲管段气柱可彻底消除振动。 振动-2013年0l期(总第237期)故 障 分 析h nal，nis从上述表格数据看出有以下特点：(1)测点3H的振动为高频，除与气体的激振力有关外，还与系统的布置、支撑的结构、形式等有关；其他主要振动的频率都与压缩机的工频相同 (压缩机为双作用型，转速为 297 r/rain)，可以说主要是气体的激振力引起的。

表 2 减振前各测点的振动速度 /频率(mm/s和 Hz)测点 水平径向(H) 垂直径向(v) 轴向(A)l 5.83 2.23 2.132 6.16 2.27 3.123 13.71/49.6 2.56 5.634 932 4.57 6.675 7.9O 7.04 5.696 4.56 14.32 5.157 28.88/9.95 7.46 3.488 9.92 0，73 3.159 2335，9.95 2.47 14.20/9.9510 22.64，9.94 l1.O1 47.63/9.94ll 21.8O 27.97/9.94 9.6412 13.63 3.17 20.81/9.95(2)比较 3个方向的振动大小，第6、1l点的垂直径向最大，说明这 2点的垂直刚性不够，需要加强。

(3)长管道除第6点外，基本上都是水平方向振动最大，说明水平方向的固定需要加强。

(4)第 10、12点的轴向振动最大，其轴向正是长管道的水平径向，进-步说明长管道水平方向的固定需要加强。

基于以上监测分析的结果，同时考虑到压缩机大气量的特点以及现场的可行性 ，采取了以下减振措施 (见图2所示)：- 。1 DN8d/图2压缩机出口管道系统与测点加固图(1)改造出口缓冲罐：使缓冲罐的进气方式由垂直直接进气改为切向进气，增加缓冲罐的体积，由于安装空间的影响，只从 1.5 m 加大到2.5 ms，旧能地增加缓冲能力，减少气体的压力脉冲，降低气流的激振力。

(2)增加垂直支撑：在第 11点增加-个垂直68l 瓣 翘支撑；第 6点本来由-个垂直支撑，考虑到振动不是很大，只是进行了紧固。

(3)增加水平支撑：分别在第 3、7、8、9、l1点增加水平支撑。

采取上述措施后 ，对压缩机出口管道系统重新进行了监测 ，数据见表 3所示。从表 3中的数据可以看出，该机组经过整改后，振动下降了很多，运转状况得到大大改善，取得了明显的效果，使长期困扰机组平稳运行的问题得到彻底解决，为压缩机的长周期安全稳定运行打下了良好的基矗表 3 减振后各测点的振动速度/频率 (mm/s和 Hz)测点 水平径向(H) 垂直径向(V) 轴向(A)1 3.15 3.29 3.2O2 4.12 3.19 3.593 5.20/29.5 3.21 4.984 3-33 4.23 5.635 4.23 6.19 4.686 3.63 6.52 4.977 6.69，9.90 4.53 4.998 5.69 1.29 2.599 8.56，9.89 3.67 5.69，9.910 7.63/9.95 7.58 7.63/9.8911 8.96 8.23/9.96 5.6712 6.23 2.95 8.99/9.955 结语(1)往复压缩机的吸、排气为间歇性，使气流的压力和速度呈周期性变化，气流压力脉动比较大。当脉动的气流遇到弯头、三通、异径管等部位，就产生较大的激振力，使其管道发生节奏性的振动，这是不可避免的。

(2)往复压缩机的出口管路如果支撑位置不合理，或者是支撑形式不合适，管道、管道附件受到激发后产生机械振动响应，就会引起了管道的振动，甚至形成系统共振。

(3)管道发生振动时，支撑整改要有针对性 ，- 个是地点的选择，安装在振动最大的地方；另- 个是方向的选择 ，沿振动最大的方 向加支撑。

作者简介 ：董飚(1966-)，男，高级工程师，硕士，1992年毕业于中国石油大学机电工程系，现就职于上海石化，从事于炼油设备管理工作 ，已发表论文13篇。