壓縮機配管的設計原則

王洋，郭文蕊

（1.連云港沃利帕森工程技術有限公司天津分公司，天津300000，2.天津市成晟石化技術有限公司，天津300000）

壓縮機配管的設計原則

王洋1，郭文蕊2

（1.連云港沃利帕森工程技術有限公司天津分公司，天津300000，2.天津市成晟石化技術有限公司，天津300000）

簡要介紹了化工工程設計中壓縮機的分類，并介紹了離心式壓縮機往復式壓縮機的各自不同特點及其應用場所。提出壓縮機配管的概括技術總結，并指出包括其他設備（換熱器，泵，塔，反應器等）的配管設計原則，在設計理念上的統一性，并指出設計人員不斷積累經驗、提升水平，保證設計質量的關鍵。

壓縮機；管道布；配管置；檢修

1 壓縮機的介紹

在工程中，壓縮機是用來提高氣體壓力和輸送氣體的機械設備。壓縮機在石油，化工，電力，食品等工業領域應用十分廣泛，由于壓縮機在工程中的應用不同，可以作為動力壓縮機，氣體輸送用壓縮機，制冷和氣體分離用壓縮機，石油化工用壓縮機等等。壓縮機按照結構分類可分為容積式和速度式，其中尤以速度式中的離心式壓縮機和容積式中往復式壓縮機應用較為廣泛，以下討論僅限于這兩類壓縮機。

1.1 離心式壓縮機的適用性最廣泛[1]

離心式壓縮機是介質通過轉動的葉輪產生的離心力從而給介質加壓的設備。離心壓縮機是靠轉速運轉的速度型壓縮機，和其他類型的壓縮機比較優缺點，分別為：

優點：（1）壓縮機排出氣體壓力大，無脈沖，均勻；（2）運轉速度高；（3）壓縮機不需潤滑；（4）具備平坦性能曲線，操作和應用的范圍大；（5）密封嚴，泄露少；（6）易成為大型化和自控化；（7）磨損件少，維修少，運轉時期長。

缺點：（1）氣流速度快，流道內件有較大的摩損（2）操作的融入性不好，氣體特性對操作性有比較大的干擾。在機組開停車、運行時，負荷變化率明顯（3）有喘振，對機器的傷害很大

1.2 往復式壓縮機

往復式壓縮機是靠一個或幾個作往復運動的活塞來改變壓縮腔內部容積的容積式壓縮機，其優缺點為：

優點：1）熱效率相對高、單位耗電量少2）加工易，對材料要求低，造價低3）制造技術成熟4）應用廣泛5）裝置系統不復雜。

缺點：1)轉速被限制2）運動件多，檢修量大，維修費高3)活塞環、氣缸的磨擦損失、皮帶的傳動形式導致工作效率下降快4)噪聲比較大5)自控系統陳舊，不宜連鎖控制、不適合無人值守，所以盡管活塞機的價格相對低廉，但也常常不被用戶選用。

2 壓縮機的布置[2]

2.1 壓縮機布置的一般要求

2.1.1 壓縮機的布置形式主要有三種：露天敞開布置，半露天布置以及車間內布置。可燃氣體對應壓縮機應露天及半露天布置，這樣通風效果相對好，即便有可燃氣體的泄漏，也能及時在露天環境下迅速擴散掉，利于防爆防火的要求。假定在嚴寒或在多風沙地區，則宜選擇在車間內布置，車間內的通風要求必須符合國家現有的通風采暖的標準。

2.1.2 壓縮機組和其附屬設備的放置要盡量參考制造廠的建議，制造廠對于設備出廠時的圖紙中往往會有建議機組、附屬設備的建議布置圖或建議設備布置維修的空間距離，可作為參考。

2.1.3 布置在露天的壓縮機，應盡量靠近進口的設備，這樣能夠減少吸入管的吸入阻力，附屬設備也需盡量貼近壓縮機組布置，壓縮機的附近要考慮檢修、消防通道，機組和通道的凈距建議在5m以上。

2.1.4 如壓縮機布置在室內，應考慮壓縮機本身的空間，還應滿足：1)壓縮機組與廠房墻的最小距離還要考慮壓縮機或其轉子、活塞、曲軸等的抽芯空間，建議凈距不小于2m。2)機組一側應預留有檢修時放置機組部件的空間。其位置不僅能放置機組最大部件，還要考慮最大部件的檢修所需距離。如有需要，兩臺或多臺機組可共用一個檢修空間。3)考慮壓縮機的基礎，要與廠房的基礎離開一定的距離。

3 壓縮機的管道布置設計[3]

3.1 離心式壓縮機管道布置的一般要求

3.1.1 入口管道

1)當壓縮機在廠房內布置的情況，對應入口總管宜朝廠房外側，這樣可以節約用地，又利于設備安裝和檢修。壓縮機進口不建議直連彎頭，其直管段應至少留兩倍公稱直徑。2)為防止雜物進入壓縮機，宜在接近入口的管道安裝一段可拆卸短管，方便安裝臨時過濾器。3)各段入口原則上都需采取氣液分離的裝置措施。如果放置氣液分離罐，則應靠近入壓縮機口處，從分離罐到機組的入口氣體管道要考慮加坡度流向分離罐。

3.1.2 出口管道

1）壓縮機出口到氣液分離罐的管道宜盡量避免出現袋形；2）應考慮噪聲的水平，需要時可設置降噪聲的措施；3）管道布置要考慮支架設計，對于離心式壓縮機一般不要求做振動的分析，但需要進行管路的柔性應力分析，同時符合管口的受力需求，考慮管口熱位移；（4）壓縮機的管口不宜承受管子的自重，如需要在管口附近可設置支撐點，如果附近不宜設置，需要在管口附近的管道設置支撐點來承受管子的重量。如圖1。

圖1 壓縮機管道的支架

3.1.3 閥門

1）壓縮機進出口的切斷閥手柄，應考慮向著主操作面布置（如圖2），便于工人的操作開關；2）閥門的布置不能阻擋檢修的空間。閥門高度要考慮便于接近操作，最好成排集中布置，并使之在開停車操作時能看到有關就地儀表；3）當出口管連接工藝的系統總管時，要考慮截至的回流，需在出口閥門前設置止回閥；4）安全閥應布置在便于調整的位置。

3.2 往復式壓縮機管道布置的一般要求[4]

3.2.1 對往復式壓縮機的配管，除要求柔性分析外，還須進行振動分析，直到兩種分析都合格后，配管設計才認為合格。1)緩沖器、中間冷卻器、氣液分離器應靠近往復式壓縮機以減少管道長度。2)往復式壓縮機安裝的高度要充分考慮減振系統的管道需要的最小的安裝凈空間。3)為了減小連接往復式壓縮機的管道的振動，通常將吸入和排出管道敷設在管墩上。

3.2.2 出入口管道：1）上述離心式壓縮機的配管原則，也適用于往復式壓縮機；2）為使壓縮機的防振和減振的效果達到更好，需要將緩沖罐盡量靠近壓縮機進出口布置；3）如果需要，可在設備的出入口的法蘭處裝限流孔板，降低這一段管子的不均勻壓力，有利于減震；4）支架合理的設置跨距；5）如果需要，可升高小管子的強度，例如增加壁厚，采用補強等措施，降低由于振動形成的金屬疲勞；6）對有些出入口管道在能滿足管系柔性的前提下，盡量少用彎頭。必要時可采用45度彎頭斜接或使用大半徑彎頭，以減少振動帶來的管系安全問題；7）不建議將出口管的管架設立在建筑物的梁及較小柱子上；8）出口管宜采用低架支承，增大支架剛度，得以有效地控制可能發生的機械振動，避免采用吊架；9）管道介質振動以及管道固有頻率應最好避開壓縮機的振動頻率，避免共振。管子的固有頻率盡量應大于8Hz；10）閥門設置應符合前述閥門章節的要求；11）氣缸出口向下時，出口管的垂直向熱脹推力不宜大于氣缸的重量。

3.3 蒸汽管道

1）對蒸汽透平／汽輪機的蒸汽管道應滿足制造廠提出的力和力矩的要求，并不宜采用冷拉安裝；2）特別注意排冷凝水設施的布置，充分保證其有效性和可靠性；3）對過熱蒸汽也應考慮開停車時需排放冷凝水；4）支管連接時，應從主管的頂部引出。

圖2 壓縮機管道立面圖1-破沫網；2-液面網；3-內管；4-支管；5-集合管；6-潤滑油設備；7-拆卸閥門；8-可調節彈簧墊；9－氣缸支架

3.4輔助管道

3.4.1 冷卻水管冷卻水管上的監流器，應布置在便于觀察水流情況的地方，防止斷流發生。

3.4.2 油路管(包括潤滑油、密封油、洗滌油)應根據油品性質和使用要求配管，管道上通常需要設置油過濾器。必要時，還應對油管進行水冷卻或蒸汽保溫或加熱。

3.4.3 排氣及排(凝)液管：1）對短時的蒸汽排氣管，一般可直接排往大氣。排放口應高于周圍的操作面或建構筑物2.5m以上，以免燙傷人。可燃氣體排氣口與平臺的相對距離應符合“化工裝置設備布置設計工程規定”(HG 20546.2)中的有關規定；2）排氣口的噪聲超過規定時，應采取措施將噪聲控制在允許的范圍內；3）蒸汽凝液管應按不同的壓力等級分別設置疏水閥，連續排往指定系統或地點。

3.5 其它注意事項

1）所有壓縮機的配管，不得占用機組及輔助設備抽內件的空間，也不影響起重機的正常運行及吊架；2）當輸送比空氣重的易燃易爆、有毒氣體時，不宜在危險區內設置地溝，更不宜在地溝內布置管道，以免漏氣沉積溝內而引發危險；3）應合理地協調自控、電氣盤的位置及電纜的走向；4）如管道必須沿地面敷設時，在操作通道處應設跨越橋。

4 壓縮機的配管經驗技術小結

在壓縮機的管道布置中，配管要考慮的因素非常復雜，但總結起來不外乎以下幾點：

1）符合安全的準則不變，目前國家對化工企業安全的要求日益嚴峻，必須時刻關注并符合國家現有的安全相關標準，例如：GB-50160.GB-50016等技術標準規范的要求。

2）要符合工藝專業的PID，PID是工程配管的靈魂。不符合PID的配管無從談起。

3）配管要滿足操作維修的必要空間，也就是操作閥門，檢修調節閥，檢修設備和管路，清洗吊裝等的要求。

4）滿足工藝和安裝要求的前提下，盡量節省材料，節省施工成本。

5）不能影響其他專業的布置，例如碰撞，互相影響干涉等情況。

6）在滿足上述要求的情況下，應盡量聽取并滿足業主特有的需求，替業主考慮，盡量節省開支，應用業主的習慣配管方式。

其實，不單單是壓縮機的配管，其他化工設備（換熱器，泵，塔，反應器等）的配管也不外乎以上幾條原則，但實際應用到不同項目，會有各自不同的特點和要求。應實際問題實際分析，靈活配管技術。總而言之，在工程中的配管設計上，工程設計人員要多多分析多多思考，不斷累積和小結工程設計實際項目經驗，才能更好的完成項目，做出更好的工程設計。

［1］張德姜，王懷義.石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊[M].北京：中國石化出版社，2009.

［2］唐永進.壓力管道應力分析[M].北京:中國石化出版社,2003.

［3］宋苛苛.壓力管道設計及工程實例[M].北京:化學工業出版社，2007.

［4］岳進才.壓力管道技術[M].北京:中國石化出版社，2001.

10.3969/j.issn.1008-1267.2015.03.018

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2015-01-30