往复式天然气压缩机管线振动分析及减振措施应用.doc
宋腾
[摘 要]针对河南龙宇煤化工往复机管系振动问题；减振措施等办法进行处理，取得了较好的效果。
[关键词]管系振动原因；管道减振措施及方法
中图分类号：TE964 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）05-0280-01
往复式压缩机是化工生产中提高压力和输送介质的的核心设备，俗有“动力源”、“心脏之称，因此它的稳定开车运行会影响到整个装置的稳定性。但往往由于其管道振动问题严重影响了管道本身、使管道附件产生疲劳破坏、连接部件松动，轻则造成管道裂纹、泄漏，重则造成窒息、中毒、爆炸、着火等恶性安全事故。我公司的二氧化碳往复式压缩机主要是为气化输送煤粉提供动力和输送介质，它的运行稳定与否直接关系到整个公司的生产效益和现场的人员安全，所以必须谨慎对待。
在此，对往复压缩机管系振动分析方法及减振措施作简要分析，力求对实际生产能有所帮助。
一、往复压缩机管系振动原因
压缩机由于吸、排气的间歇性动作，其气流的参数将随位置和时间的变化而变化，当脉动的气流沿管道输送时，遇到弯头、异径管、盲板、控制阀等元件时，将产生激振力。压缩机管线的振动会使管路和附属设备连接处松动，加速振动管道的疲劳破坏。由于结构与工况的原因，压缩机管线的压力脉动始终存在。在允许范围内存在某种程度的振动是正常的，但应该避免管道发生剧烈振动，否则可能导致管道破坏。引起管道振动的原因主要有以下三个方面：（1）、由于压缩机运动机构的动力平衡性差或基础设计不当，引起机组振动，从而使与之连接的管道发生振动；（2）、由于管内气流脉动引起的管道受追振动：（3）、管道结构与内部气流构成的系统具有一系列固有振动频率，当压缩机激发频率与结构的某阶固有频率相近时，系统振动叠加，产生该阶频率的共振，使管道产生较大的位移和应力，这常常是导致管道发生疲劳破坏的主要原因。
我公司的往复压缩机管系的振动日趋剧烈，其主要原因就是上述第三项所述。出口缓冲器的支座曾多次焊接加固，在管道上多处加设管卡，用以改变管路各部分的振动频率，使之互不相同避免发生共振。在管卡与管道之间加木块儿，使管系的水平刚度增加，并有利于保护管道。
二、往复压缩机管系振动减振研究方法概述
针对往复式压缩机振动问题，国内外的学者和工程人员都已经做了大量的研究，并且提出了一些宝贵的理论和方法。复压缩机在使用工况下发生振动的分析步骤如下所示：
（1）、为了得到管系振动的具体位移值，在管系上选择若干个点。采用测振移测出这些点的振幅，由管道振幅的许用值和危险值的有关规定可以得出这些点的振幅值。
（2）、采用双通道数据采集器/频谱分析仪进行频谱分析，得出频谱分析图，读出振幅最大處的频率，与压缩机的激振频率进行比较。
（3）、利用ANSYS用直管单元（PIPEl6）和弯管单元（PIPEl8）建立管路模型。在支撑的位置处加约束后进行模态分析得出管系的固有频率
（4）、用三维声单元（FLUID30）对管道内的气体建模。
（5）、在气柱固有频率分析的基础上，将管道内压力脉动进行谐响应分析。载荷和边界条件为在压缩机出口管道的进口处加压力脉动载荷，计算出压力脉动值后算出压力不均匀度。然后分析结果，采取相应的减振措施。
三、往复压缩机振动管道支架架设
压缩机进出口管道布置应短而直，尽量减少弯头数量，但出口管道有热胀时，应使管道具有柔性；管道布置应尽量低，支架敷设在地面上，且为独立基础，加大支架和管道的刚性；。
1、压缩机进出口管道支架架设准则
（1）、往复式压缩机的吸入和排出管道上的管架（或管墩）宜与建、构筑物基础脱开；不宜在楼板和平台上生根，当设计独立的管架（或管墩）时，第一个支架应靠近压缩机；
（2）、往复式压缩机的管道抑振管架，宜设在管道集中荷载处、管道拐弯、分支以及标高有变化处；
（3）、往复式压缩机吸入和排出管道支架（或管墩）的高度应尽可能低，以便于管道的支承。
2、设计振动管道支架时，应注意下列问题
（1）、支架应采用防振管卡；
（2）、支架间距应经过振动分析后确定；
（3）、支架结构和支架的生根部分应有足够的刚度；
（4）、宜设独立基础，尽量避免生根在厂房的梁柱上；
（5）、当管内介质温度较高，产生热胀时，应满足柔性分析的要求；
（6）、支架应尽量沿地面设置。
3、管道支吊架位置的确定
（1）、应满足管道最大允许跨度的要求；
（2）、当有集中载荷时，支架应布置在靠近集中载荷的地方，以减少偏心载荷和弯曲应力；
（3）、除振动管道外，应尽可能利用建筑物、构筑物的梁柱作为支架的上根点，且应考虑生根点所能承受的荷载，生根点的构造应能满足生根件的要求。
（4）、管道支吊架应设在不妨碍管道与设备的连接和检修的部位；
（5）、管道支吊架应设在弯管和大直径三通式分支管附近；
（6）、安全泄压装置出口管道应根据需要，考虑是否设置支架。
五、往复式压缩机管道减振措施及方法
目前国内外的关于压缩机管线减振的方式有多种，如利用缓冲器、气流脉动减弱器、孔板、干涉消振器来减弱气柱共振，改变管道支撑方式来改变机械固有频率。
1.改变支撑方式
在选用管道支撑时，压缩机出口附近的管道支撑，尽量选用U型螺栓管夹，而不选用承重导向管托，原因是u型螺栓管架比承重型管托更能提高管道刚度，减小管道振动。
2.阻尼器减振
对于往复式压缩机管系的振动问题，当振动频率较低时，可以选用阻尼器减振，这种减振方法操作型强，而且效果显著。液压阻尼器是一种对速度反应灵敏的振动控制装置，其性能特点分为两点：（1）、在管道处于正常工况下，它能够适应管道因热胀冷缩而引起的缓慢移动而对管道几乎没有阻尼；（2）、在管道发生振动时，在瞬间自锁状态下阻尼器内部的介质能通过节流小孔溢流，保证阻尼器自锁后仍可缓慢恒速运动，来补偿管道受到冲击后产生的位移量，达到缓冲、抗振的要求。
减振阻尼器选型原则如下：
（1）、载荷选择阻尼器吊点的工作荷载为动荷载而非静荷载，由于压缩机的动荷载没有有效的计算结果，因此荷载的选择依据于工程经验。
（2）、行程选择根据要保护的管道或设备相对生根部件的热位移量，计算其引起阻尼器的轴向位移量。
（3）、头部、尾部连接型式销、销座或管架连接。
3.缓冲器减振
安放在气流脉动的发源处即靠近压缩机气缸的缓冲器，是最简单而有效的减振措施。它能使缓冲器后面管道内的气流变得缓和，降低排气或吸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。缓冲器后面管道内气流平稳的程度，取决于气缸作用于管道的方式、缓冲器容积的大小以及缓冲器的安装位置。试验已经证明，只要缓冲器容器比气缸每行程容积大10倍，而且安装位置又足够靠近气缸，则当气阀全开时，流入后继管道的气流就足够平稳。对一定容积的缓冲器而言，安放在管道中位置不同，消振消果有明显差别。只要缓冲器之气缸间的管段长度不是共振管长，那么，缓冲器越近气缸，消振效果就越明显。
基于以上理论缓冲器应加在靠近压缩机出口处，但由于考虑到静力学分析时管道膨胀会导致压缩机出口和缓冲器入口的外载荷增大，因此缓冲器位置加在一阶和二阶共振管长之间。
结论
要保证往复机机组的良好运转，寿命延长，日常振动预防十分重要，同时做好日常机组管振工作是一项长期持续的工作。
参考文献
[1] 李继承浅谈往复机振动的原因及消除方法中国化学赛鼎工程有限公司内部资料.endprint
