化工用往復式壓縮機配管設(shè)計研究

麥桂香

（茂名瑞派石化工程有限公司，廣東 茂名 525011）

管道幾乎遍及所有現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域的物料輸送系統(tǒng)，在生產(chǎn)和生活中隨處可見，如水管、蒸汽管道，煤氣管道，長距離輸送石油、天然氣管道等。由此不難想象管道的分布有多廣泛，管道的安全與日常生活的關(guān)系有多密切，保證管道系統(tǒng)的安全運行的意義有多重大。

1 管道設(shè)計的基本要求

管道設(shè)計要與裝置全部設(shè)計統(tǒng)一考慮，必須符合管道儀表流程圖，滿足工藝要求，要有適當?shù)闹危ＷC足夠的強度，對工作溫度較高的管道要作柔性分析、有激振力的管道要作動力分析，使管道既有足夠的強度和吸收熱膨脹位移的能力，又有良好的抗振性。在經(jīng)常出現(xiàn)颶風風或地震分區(qū)級別高的地方還要考慮抵御風載和地震載荷的能力。

管道敷設(shè)主要有架空和埋地兩種類型，可根據(jù)具體情況確定選擇何種敷設(shè)方式，過程工業(yè)裝置的管道大都采用架空敷設(shè)，既便于施工、操作、檢查、維修，也較為經(jīng)濟。大中型裝置的架空管道都用管廊、管架和管墩成排敷設(shè)。對于分散的管道可用支吊架，長距離輸送管道一般采用埋地敷設(shè)，工業(yè)管道地下敷設(shè)的較少，就是地下敷設(shè)也大都用管溝，而不是直接敷設(shè)在地下。

管道布置設(shè)計應(yīng)綜合考慮各種影響因素，以達到可行、可靠、經(jīng)濟、合理的目標。

管道的總體布置管道布置設(shè)計應(yīng)做到安全可靠、經(jīng)濟合理，并滿足施工、操作、維修等方面的要求。對于需長期施工的工程，其管道的布置設(shè)計應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃，力求做到施工、生產(chǎn)、維修互不影響；永久性的工藝、熱力管道不得穿越工廠的發(fā)展用地;在確定進出裝置(單元)的管道方位與敷設(shè)方式時，應(yīng)做到內(nèi)外協(xié)調(diào);廠區(qū)內(nèi)的全廠性管道的敷設(shè)，應(yīng)與廠區(qū)內(nèi)的裝置(單元)、道路、建筑物等協(xié)調(diào)，避免管道包圍裝置(單元)，減少管道與鐵路、道路的交叉。

2 往復式壓縮機的管道設(shè)計

往復式壓縮機的間歇吸入和排出，產(chǎn)生氣體的壓力脈動，壓縮機本體的機械不平衡也會引起振動。如果這些振動傳到管道上，會使管道振裂或影響儀表工作。為減少氣體壓力脈動，可在壓縮機管道上安裝孔板或裝設(shè)緩沖罐。最有效的辦法是在壓縮機的吸入口和排出口都安裝緩沖罐，它的位置越接近壓縮機的管嘴越好，最好能直接與壓縮機出入口相接。

要減少壓縮機的機械振動，就要盡金減少管道彎頭的個數(shù)和采用曲率半徑較大的彎頭。此外，還取決于壓縮機本體及其基礎(chǔ)的設(shè)計。但不論怎樣，管道設(shè)計時必須加大管道支架的剛性，增多支架數(shù)量，這對處理氣體壓力脈動是必要的。

往復式壓縮機的管道支架要做獨立基礎(chǔ)，不與壓縮機及廠房合用，以免振動通過基礎(chǔ)傳給支架和管道，所以支架基礎(chǔ)也成為決定廠房大小的一個因素。其他管道不可與壓縮機管道合用一個支架，以免傳遞振動。為增加剛性，管道支架用鋼筋混凝土制作，并要降低高度，管道由螺栓固定在支架上。使用緩沖罐時，緩沖罐的固定螺栓要用雙螺母或其他方法固定。

為避免產(chǎn)生共振，壓縮機管道的固有頻率與壓縮機的工作頻率間的比例有一定的要求。往復式壓縮機吸入和排出管道上靠近管口的放空、放凈閥的接管和壓力表的導壓管的壁厚要增加，并用筋板加固，以免受振后破裂。

要防止凝液進入壓縮機氣缸，必須在各段吸入口前設(shè)吸入罐或凝液分離罐，除去凝液。當吸入飽和狀態(tài)氣體時，常用加熱夾套以防冷凝。也可在吸入口裝過濾器，在管道設(shè)計時要設(shè)置備用過濾器或旁路和考慮清洗的方便。

壓縮機的入口管往往直徑較大，較費鋼材，過長的吸入管道會增加壓縮機的動力消耗，所以壓縮機的入口管應(yīng)盡量地短而直。凝液分離罐要盡量靠近壓縮機入口。

壓縮機停機時不允許有凝液回流。當壓縮機出口氣體接近飽和狀態(tài)時，出口管上要設(shè)置排凝罐，同時安裝一個止回閥。壓縮機出口氣體不是飽和狀態(tài)的，由于排出氣體中多帶有潤滑油，出口處要設(shè)置分離罐分離潤滑油。

對壓縮機的結(jié)構(gòu)要充分了解，壓縮機的管道不得妨礙操作和解體檢修。例如:壓縮機氣缸蓋是往前方卸下時，氣缸前方不應(yīng)布置管道;當氣缸蓋是由上方吊卸時，氣缸上方不應(yīng)有管道。

若壓縮機和被壓縮的氣體用水冷卻時.先將水接往后冷器，然后接往中間冷卻器，最后至冷卻汽缸夾套，以充分利用冷卻水。各級冷卻器的冷凝液各自用管道排出，要保證各級的排出壓力高于系統(tǒng)壓力。若把不同級冷卻器的冷凝液管合為一個系統(tǒng)，應(yīng)各自裝一個止回閥后接在一起。若被壓縮的是有毒或危險性氣體，則應(yīng)把軸封處漏出的氣體排往壓縮機吸入口，以免污染周圍的空氣。

3 往復式壓縮機的配管系統(tǒng)

3.1 配管

配管的直徑、壁厚和材質(zhì)要考慮管內(nèi)壓力，氣體性狀及允許壓降來決定。配管設(shè)計避免共振管長，同時充分校核配管的支撐位置及固定方法，使其受到外來的強制力時不共振。

3.2 胍動壓力緩沖罐

盡可能在靠近氣缸吸入、排出的地方減少壓縮機的壓力胍動很重要，為此設(shè)置緩沖罐是有效的。

緩沖罐的效果不僅隨容積，而且還隨它的安裝位置有很大變化，必須在充分檢查其前后配管形狀的情況下進行經(jīng)濟的設(shè)計。

3.3 冷卻器

壓縮機的冷卻器在低壓時多使用管殼式的。高壓時一般使用盤管式和套管式。冷卻器是由壓縮機規(guī)格決定的，必須將盤管式或套管式冷卻器作為排出配管的一部分，校核共振管長，拐彎位置和固定點。管殼式冷卻器的緩沖效果大，如安裝位置合適也有作為緩沖罐的效果。

3.4 凝液分離器

其設(shè)置目的是為了使壓縮氣體中的凝液、內(nèi)部油，通過氣缸的塵埃之尖不送到下段氣缸或工藝部分。

凝液分離器有各種形式，不論采用哪種罐都是有效用的，如果其容積和安裝位置考慮得合適，也可作為緩沖罐用。

4 振動的解析

通常，振動的主要形式大致分自由振動，強制振動和自激振動三種。

這種管路中的振動理論是普通的，應(yīng)作為其中的強制振動來進行解析。振動的發(fā)生源如前所述為壓縮機和透平泵等。由于在高速轉(zhuǎn)動設(shè)備的轉(zhuǎn)動部分存在某種程度的不平衡質(zhì)量，于是由不平衡離心力產(chǎn)生具有與轉(zhuǎn)數(shù)相等的振動數(shù)的強制力，并引起附近結(jié)構(gòu)的振動，如果該轉(zhuǎn)數(shù)與附近結(jié)構(gòu)的自然振動數(shù)接近，則引起共振現(xiàn)象，造成不可估量的火災。

另外，如果輸送流體的管系的自然振動數(shù)與壓力胍動數(shù)接近，則引起共鳴，產(chǎn)生大周期的壓力變化。該周期的壓力變化傳到直接基礎(chǔ)和建筑物上。流體產(chǎn)生周期與流體通過拐彎部分時的動量變化相等的的外部擾動力，并對管系本身及與管系相接的設(shè)備和建筑物造成大損壞。

因此，當管系的機械自然振動數(shù)附近的轉(zhuǎn)動設(shè)備發(fā)生的強制力相近時，必須絕對避免音響學的自然振動數(shù)與流體胍動的振動數(shù)相等。

結(jié)語

目前，因石油煉制和石油化工工業(yè)的進步和發(fā)展，形成了高質(zhì)量、大容量的生產(chǎn)體系。新建裝置的大型化和原有裝置的改造、擴建，對運轉(zhuǎn)條件提出了更苛刻的要求，并造成了裝置功能的復雜化。與此相應(yīng)，管道的種類和數(shù)量也不斷增加，管道系統(tǒng)也更趨復雜。但長期以來，因為管道的組成件看起來比較簡單，往往不大引起重視。由于對管道系統(tǒng)的重視不足，管道事故時有發(fā)生。因此，對于往復式壓縮機的配管設(shè)計，我們要格外重視。以避免曾有過的事故再次發(fā)生。

[1]諸林.化工原理[M].石油工業(yè)出版社，2007.

[2]李紅.化工機械應(yīng)用基礎(chǔ)[M].化學工業(yè)出版社，2004.

[3]張國干.工業(yè)化學[M].湖南師范大學出版社，1998.