氯乙烯壓縮機出口管路振動及減振措施

陶　巍，王　輝，閻　偉

（天津渤天化工有限責任公司，天津 300480）

氯乙烯壓縮機出口管路振動及減振措施

陶巍，王輝，閻偉

（天津渤天化工有限責任公司，天津 300480）

對壓縮機出口管線系統壓力不均勻進行了分析，找出壓縮機出口管線振動的原因，并提出了改造方案。

壓縮機；振動；減振

渤天化工有限責任公司一套氯乙烯單體壓縮工序中使用的是往復壓縮機，其中，南京壓縮機廠生產的L315-20/8型號6臺，無錫壓縮機廠生產的LW-40/8型號2臺。因為增產的原因，壓縮機批次不同，型號不同，設備擺放不規則，開車時壓縮機出口管路振動明顯，并伴有很大的噪聲，多次造成管道支撐松動，隨時隨地存在管道疲勞破裂、單體外泄的可能，對裝置安全生產構成極大威脅。解決壓縮機管道振動問題對裝置的安全穩定運行、提高企業的經濟效益具有十分重要的意義。

1　管路振動分析

1.1氣流壓力脈動引起的管系振動

活塞式壓縮機在運轉過程中，吸氣、排氣是間斷性的，兩者交替進行；另外，活塞運動速度隨時間而變化，這種現象會引起管道內氣流的不穩定，產生流體壓力脈動。壓力脈動會給壓縮機工作造成不利影響，如降低氣閥的使用使排氣量增大或者減小；破壞安全閥的嚴密性以及引起管路和設備振動等。

壓縮機吸、排氣的間歇性，使管道內氣流呈脈動狀態，壓力脈動的幅度大小，可用壓力不均勻度來表示，其定義為：

式中：Pmax—脈動最大壓力；

Pmin—脈動最小壓力；

脈動壓力的幅度是指偏離平均壓力的最大幅度，即：

顯然，管路中壓力脈動的不均勻度越大，振動頻率越高，振動能量也越大，越容易損壞管路。特別當氣流經過管路中的閥、彎頭等位置，壓力不均勻度越大越有可能是管路振動的主要激振力。在管路連接位置生成的振動應力是整個結構疲勞破壞的重要原因。所以對使用中的管路氣流壓力不均勻度要有一定的限制［1，2］。

1.2管路機械共振

壓縮機的管路振動，除了氣流壓力脈動引起的振動原因外，任何一種激振力 （例如氣流脈動沖擊力，壓縮機往復運動時的不平衡慣性力，轉軸對中不良時的機械脈動力等）都能激發管路的機械振動，其中脈動流體在管路的轉彎、變截面、閥門、盲管等處沖擊產生的管路機械振動最為常見。管路系統根據配管情況、支撐類型、支撐位置以及邊界條件不同，也有自己的一系列固有頻率，如果激振力的主頻率與管系固有頻率一致，雖然激振力并不很大，但會激起很強的管路機械共振。

某些配管不適當的個別情況，會發生激發頻率、氣柱固有頻率和管路固有頻率同時重合或接近，則將使氣柱共振和管路機械共振同時出現，管路振動將十分劇烈，從而可能會給設備或管路造成嚴重的損傷。

2　減振方案的實施

管路壓力脈動實質上是一種周期性的氣流沖擊波浪，消減壓力脈動就是消減壓力的不均勻度，減小其脈動幅度。通常的預防措施是在管路系統中加裝各種類型的消振器，例如緩沖器、聲學濾波器等。當然，管道中氣流壓力的不均勻度首先與激發源有關，在多缸壓縮機中，缸體的分布方式和各缸曲柄的錯角位置將會直接影響到壓力的波長和波動的均勻性。

該公司由于之前的簡單改造如改變支撐點、加固支撐等方式，改變管道的固有頻率等，未使管路振動減小，且振動有愈演愈烈的趨勢，故判斷該管路振動主因不是由管路共振引起的，而是壓力脈動。故按照減小壓力脈動方式進行改造。

該壓縮機組為8臺并聯，且大排量與小排量壓縮機混合開動，受限于現場環境，增產時壓縮機位置擺放相對雜亂；管路出口走向不統一；吸、排氣順序與氣閥開啟時間長短以及氣缸的結構大小、曲柄錯角等都同樣，開動起來更加容易加大管路內氣體的壓力脈動。

參照已有的資料，綜合現場條件，采用消音管、緩沖器相結合的方案減振。

2.1裝設緩沖器

緩沖器等同于蓄能器，如同一個水庫擔負著能量調節的作用。當緩沖器上游處在壓力波的峰值時，因為氣體具有彈性作用，壓力波進入緩沖器后壓縮當中的氣體，壓力波的動能轉換為緩沖器內氣體被壓縮后的彈性勢能。反之，當緩沖器上游處在壓力波的波谷時，緩沖器內被壓縮的氣體膨脹，勢能轉換成動能，彌補了管路內瞬時壓力的下降。通過這樣的能量轉換，緩沖器如同一個氣體彈簧，對振源起到隔振的作用。進而把出緩振器后的氣體壓力脈動峰值降低了很多。同時，根據聲學濾波原理設計，緩沖器可看作容積型（或稱膨脹型）濾波元件，其對高頻波具有較強的抑制作用［3，4］。

緩沖器筒體設計為?500×8，材質為Q245R，長度為811mm。

已知無錫壓縮機廠生產的LW-40/8型大壓縮機二段氣缸內直徑D1=340mm，行程H=200mm，氣缸體積V=0.785×0.342×0.2=0.018（m3），緩沖器體積V1=0.204（m3），V1/V=0.204/0.018=11.3，滿足V1/V＞10。

考慮到安裝制造及使用方便，緩沖罐一律按照此體積設計。并且由于原出口管埋于地下，為了便于施工，緩沖器安裝在靠近墻面的豎立管路上，緩沖罐進出口管沒有位于罐的中心。

2.2消音管確定

聲學濾波器的消振作用是根據諧波分析中的聲學濾波原理設計的。按照傅里葉變換原理，任一周期性變化波形均可分解為不同頻率的諧波，因此周期性變化的壓力波形也可以分解為一系列不同頻率的諧波。不同形式的濾波元件及氣流能夠通過和消減的諧波頻率是不同的。

圖1　消音管示意圖

圓孔型濾波元件在管壁上開有很多小孔，對低頻壓力波有很好的反射作用，使其沿主管路不能透射，對低頻波的抑制作用較強，但不能反射高頻壓力波。和緩沖期結合使用，同時對高、低頻波都有抑制作用。

消音管利用各個小孔將氣柱切分成眾多細小氣柱，這樣會減小對管路的激振力，同時減小噪音，類同于消音器。

取消音管孔徑d1=10mm，取A孔＞A管。

A管=（0.785×（15.9-0.4×2）2）=179（cm2）；

A孔=245×0.785×12=192（cm2）；

A管—壓縮機出口管截面積（cm2）；

A孔—消音管所有孔截面積之和；

取孔數N=245個。消音管示意圖見圖1。

3　改造效果

改造前管路振動較大，即使加裝固定的抱卡、墻體固定卡，但時間長了固定卡會出現松動現象，墊片出現泄漏。改造完成后振動在合理范圍之內，振幅大大減小，消除了困擾生產多年的不安全隱患。

［1］沈慶根，鄭水英.設備故障診斷.北京：化學工業出版社，2009.

［2］黨錫淇，陳守五，夏永源.孔板消減氣流脈動機理的分析.西安交通大學學報，1979，13（2）：49-59.

［3］張瑞琳.活塞式壓縮機管道系統振動分析及改進.流體機械，2000；28（6）：40-42.

［4］伊建玉，楊維群，袁慶祿，等.壓縮機氣體管道的振動原因及消振方法.壓縮機技術，2002；9（4）：38-39.

Vinyl chloride compressor outlet piping vibrationand vibration reductionmeasures

TAOWei，WANGHui，YANWei
（Tianjin Botian ChemcialCo.，Ltd.，Tianjin 300480，China）

Through the field observation，no uniformity，etc for the pipeline system pressure is analyzed. Find out the reason of compressor outlet pipeline vibration，and reasonable reconstruction scheme is put forward.

compressor；vibration；vibration reduction

TQ051.21

B

1009-1785（2015）09-0027-03

2015-05-18