往復式壓縮機配管設計

程 虹

福陸（中國）工程建設有限公司 （上海 201103）

工作研究

往復式壓縮機配管設計

程 虹

福陸（中國）工程建設有限公司 （上海 201103）

結合具體工程實例，從設備平面布置、主要工藝管線和輔助系統管線的設計及支架設置等方面，介紹了往復式壓縮機的配管設計，并具體分析了幾種防振支架。

往復式壓縮機 設備布置 管道設計 防振支架類型

泰國計劃2012年開始實施歐Ⅳ燃油標準，該標準要求將汽油和柴油中最大硫含量控制在50μg/ mL內。在此前提下，雪佛龍公司（Chevron）旗下所屬泰國星石油煉制公司（StarPetroleumRefiningCompany，以下簡稱SPRC）決定升級一系列煉油裝置，以生產滿足歐Ⅳ燃油標準的汽、柴油。本文的項目研究背景便是其中之一——位于泰國麥普塔普特（Map TaPhut）的新建汽油加氫裝置。

該裝置中循環氣體壓縮機（以下簡稱壓縮機）采用往復式，型號選用通用-新比龍（GE-NuoVo Pignone）生產的SOP系列，四缸、雙作用、單級壓縮。其主要技術參數如下：（1）正常工況下設計處理量：45284.0Nm3/h；（2）吸入壓力：14.64kg/cm2；（3）出口壓力：24.28kg/cm2；（4）轉速：333r/min；（5）驅動類型：電機；（6）電機功率：1342kW；（7）入口緩沖罐數量：2；（8）入口緩沖罐尺寸：?660mm×2532 mm；（9）出口緩沖罐數量：2；（10）出口緩沖罐尺寸：?786mm×1908mm；（11）吸入口溫度：45℃；（12）出口溫度：98℃。

1 流程簡介

從氨吸收塔頂部出來的循環氫氣體,經循環氫氣液分離罐（15C205）后，大部分氣體自罐頂輸送至循環氫壓縮機（15K201A、15K201B）入口。這部分氣體的工藝介質主要是氫氣，含部分C1、C2、C3等烴類和極少量重組分。對管道的工藝要求為無低袋，采用電伴熱。循環氫壓縮機出口氣體送回至加氫脫硫反應器，同時有反飛動線連接至反應物空冷器前。正常工況時，兩臺壓縮機同時運行。壓縮機進出口管道由小口徑跨線連接。出口管道設有安全閥，事故狀態時氣體排放火炬系統。

具體流程見圖1。

2 設備布置

2.1 壓縮機布置

壓縮機的布置方式分露天布置、半露天布置和廠房內布置三種。壓縮機區域和反應、分餾等其他工藝區域的間距要求必須完全符合泰國國家標準TAS-01-A5。結合裝置規模并征詢SPRC對新舊裝置一致性的意見，決定將兩臺壓縮機東西向并排露天布置，電機端設在南面。根據廠商提供的初步設備尺寸，在三維模型中進行設備外形、壓縮機活塞抽出空間、維修空間、操作通道、儀表盤占位等一系列模擬，充分考慮檢、維修和操作需要后，最終決定兩臺設備中心間距為12m。壓縮機北面設有裝置主管廊。管廊下方的檢、維修通道可用于叉車行走。壓縮機的幾個附屬設備，如潤滑油包、冷卻水系統循環包，本著便于維修、就近布置的原則，設置在主管廊與壓縮機之間。其中所用的冷卻器抽芯空間朝向主管廊，可利用主管廊下檢維修通道運去修理廠維修。入口分液罐位于壓縮機和主管廊之間。壓縮機區東面布置有裝置其他設備和容器，南面是4.5m維修道路、可用于吊車行走，西面是7.8m的廠區主通道。

2.2 平臺設置

壓縮機四周設操作平臺。根據雪佛龍公司的設計安全規定，設備四周通道寬度不應小于762mm，在設計初期考慮將來有儀表占位，將平臺寬度適當加大。為避免傳振，操作平臺立柱與壓縮機基礎嚴格分開。因入口管線無低袋的工藝要求，同時考慮到壓縮機入口過濾器的檢、維修，在壓縮機北面與入口緩沖罐之間加設了操作平臺，該平臺下地面層安放潤滑油包，中間設有一層管廊，用于架設壓縮機所需工藝和公用工程管線，平臺高度比壓縮機四周平臺高1.75m。兩處平臺中心由跨橋連通，并各自有直梯或斜梯通向地面。設備布置平面圖見圖2。

3 管道布置

3.1 主要工藝管線布置

主要工藝管線布置的基本原則是：兩臺壓縮機進、出口管道對稱布置；盡可能減少管道阻力降，避免或減緩管系振動；在滿足應力分析和防振設計條件下，壓縮機進出口管道盡量短而直，并減少彎頭數量；管道和閥門布置不妨礙設備檢修且便于操作。

進口管線沿壓縮機北面操作平臺四周水平布置，入口閥門、過濾器、壓力變送器、溫度計等均可在平臺上進行操作、拆卸和維修。進口管線上的支架設置在混凝土柱子頂端。出口管線沿地面敷設在地面管墩上。為滿足安全閥進出口自流的工藝要求，出口管線上的安全閥架設在裝置主管廊頂部。

為避免因管徑突然改變造成振動，對進出口管道上DN50以下的分支管，包括儀表元件、排凝、吹掃和放空接頭等，作如下規定：（1）支管處均先變徑為DN50，采用異徑三通或加強管接頭連接，再經異徑短接變徑到所需尺寸；（2）支管短接處管道表號不小于SCH160；（3）放空和排凝處盡量減少分支管長度。具體見圖3。

3.2 輔助工藝管線布置

潤滑油管系全部采用不銹鋼材質法蘭連接并分段組裝，主管的末端用法蘭、法蘭蓋密封；供油主管與回油主管分別布置在靠近機組底座的兩側，利用壓縮機北面操作平臺下的管廊與潤滑油包相連接；回油主管沿流動方向有5%的坡度坡向油箱，回油支管與主管采用沿順流方向45°斜接；各回油支管靠近機組處均設置視鏡和溫度計，便于觀察回油情況并了解各軸承溫度的變化。

置換用的氮氣管道閥門組設置在地面層，靠兩臺壓縮機中部操作平臺樓梯兩邊鏡像對稱布置；壓縮機各段冷卻器的給排水管道總管均布置在機組底座基礎兩側，因是有壓回水，回水管道上的視鏡設計安裝在壓縮機平臺可觀察處；放空管道均引至北面裝置主管廊頂部平臺3m以上放空；在壓縮機區地面和平臺上共設置三處公用工程站；根據SPRC要求，在排凝管下設置漏斗，敷設埋地管道，按不同要求引入含油污水罐或含氨污水罐。

4 支架設置

往復式壓縮機的間歇吸入和排出會產生氣體的壓力脈動，壓縮機本體的機械不平衡也會引起振動。管系振動會引起管系和管架的疲勞損壞、構筑物誘發振動以及噪聲等。根據往復式壓縮機的上述特點，支架設計的重點應放在防振上。通過應力分析，在確保應力和反力在允許范圍內的前提下，主要采用限制和適當加大管道支架剛性的方式，增加支架數量，減緩氣體壓力脈動。通過合理設置導向支架和管卡，達到既要抗振、又不妨礙管道熱位移的目的。供應商根據壓縮機的設計參數，建議將其機械設備的激振頻率初步按16.65Hz考慮，同時按表1來考慮管道支架最大間距，以保證管系的固有頻率高于機械設備的激振頻率至少1.5倍。為避免管道的機械振動固有頻率、機械設備的振動頻率、氣體管道的音響頻率互相重合，設計后期將設備圖紙、管道軸視圖、設備平面布置圖交付第三方，委托其作整體振動分析。這是工程設計中的常規做法，第三方提出的整改建議通常是增加管道固定點和增設孔板，比如在壓縮機出口設置孔板，降低孔板后管道內介質壓力峰值，從而達到降低壓力不均勻度、減緩管道振動等目的。普通支架可以在某種程度上起到防振作用，但普遍效果不佳，并且會降低或限制管系的熱補償能力。在管道支架的防振設置上，因減振墊的使用效果很好，近幾年已在北美各工程公司廣泛推廣。其中推廣較多的制造商為Fabreeka International和GERB Vibration Control System兩家公司。減振墊在工業界使用已經超過70年，在設備機械上，主要用于重型機具的基礎隔離，避免基礎受到沖擊與震動，進而防止混凝土基礎龜裂與剝落，從而延長機具與基礎結構的使用壽命。在土建結構上，可用作處理混凝土不規則表面與鋼結構體因承載產生的轉動或載重面不平行的問題。減振墊是一種多層、布料強化的彈性墊板，一方面其具有的高阻尼特性，可降低振動頻率；另一方面其作為隔絕震動的承壓墊板，可有效吸收振動沖擊并降低結構噪音。減振墊在正常情況下可承載844kg/cm2的壓力，但其承載能力亦取決于墊板的尺寸與厚度，可根據不同情況靈活選用。

在這次壓縮機區設計中，采用的防振支架主要有以下幾種類型：

（1）防振管墊

防振管墊用在不保溫管道、保溫管托或假管管托下方，由聚四氟乙烯墊、減振墊和鋼板粘合在一起，也可采用鋼板、減振墊和鋼板粘合在一起的方式，下層鋼板和支撐結構焊接在一起。若管道材質為不銹鋼時，上層鋼板則相應替換為不銹鋼板，以防止滲碳。使用這種型式的防振管墊，管子和支架仍然是鋼對鋼接觸，因此摩擦系數可按正常（0.3）來考慮。如上層鋼板使用拋光不銹鋼板，還可將摩擦系數進一步降低為0.1。

防振管墊在使用時，根據管徑大小剪裁成不同尺寸，并可同時與導向支架、止推支架組合使用，起到限制管道位移的作用。見圖4。

（2）防振管卡

卡箍由金屬帶制成，內襯2mm厚聚四氟乙烯板。管道下采用鋼板和減振墊粘合在一起的方式，亦可與防振管墊結合在一起使用。緊固件由單頭全螺紋螺柱、雙螺母下加隔離墊圈組成，其中螺柱端頭和支撐結構焊接在一起。

防振管卡在選用時可跟據管徑大小選用不同寬度的金屬帶，緊固件也可增加為四組（一邊兩組）。

防振管卡是傳統的防振措施之一，能有效控制管系高頻率強迫振動，在允許管道有一定的軸向位移的同時，對管道施加了較大的剛性約束。現在的防振管卡更進一步加以改良，保證管道與管卡的充分接觸，增加了支架對管道的阻尼作用。見圖5。

（3）門型防振限位

由型鋼組成門型，將管道上下卡緊。緊固件由單頭全螺紋螺柱、螺母、墊圈組成，其中墊圈是由6mm厚墊片和12mm厚減振墊粘合而成。保溫管道上下加保溫管托以保護保溫層，不保溫管道下方加設減振管墊。可跟據管徑大小選用不同規格的型鋼。DN50以下的小口徑管道，可直接用單頭全螺紋螺柱替代門型支腿。和防振管卡比較，門型防振支架可承受更大的推力，但所需占位空間較大。在此次設計中，因壓縮機入口管道所處操作平臺空間足夠，所以入口管道上廣泛采用了門型防振支架。見圖6。

（4）支管筋板加強

與振動管道直接相連的支管、放空管、排凈管，由于管道的振動會直接傳遞給這些小管線，容易引起共振。因此在支架設置上，均采用筋板加強的方式，與振動管道固定在一起。這種做法比較傳統，在此不再詳細介紹。見圖7。

5 結語

往復式壓縮機的配管重點著眼于防振，從管道布置、支架設置等方面來考慮，只要采取充分的防振措施，便為壓縮機的順利運轉打下了堅實的基礎。

SPRC公司該加氫脫硫裝置2008年11月開始初步設計，2009年9月開始施工圖設計，2012年3月竣工投產，為期三年多。目前，該設備目前運轉良好，順利實現了預期目標。

Piping Design of Reciprocating Compressor

Cheng Hong

With a specific engineering example,introduced the piping design of reciprocating compressor from the aspects of equipment layout,main process line arrangement,auxiliary system piping arrangement and support setting,and then analyzed several anti-vibration supports in detail.

Reciprocating compressor; Equipment layout;Piping design; Type of anti-vibration support

（略）

TE 964

2014年5月

程虹 女 1972年生 本科 工程師 長期從事石油化工管道設計工作