天然氣離心式壓縮機組應力分析方法

李研(中油遼河工程有限公司， 遼寧 盤錦 124010)

天然氣離心式壓縮機組應力分析方法

李研(中油遼河工程有限公司， 遼寧 盤錦 124010)

離心式壓縮機是長輸管道的核心設備，為保證壓縮機的正常運行，需對壓縮機組管線進行應力分析。西氣東輸三線項目采用CAESAR Ⅱ軟件對壓縮機組進行管口應力分析，文中介紹了應力分析時需要注意的問題和建模時的技巧、方法。

CAESAR Ⅱ；離心式壓縮機；應力

西氣東輸三線天然氣管道西段(霍爾果斯～中衛)工程干線起于新疆霍爾果斯，止于寧夏中衛，線路全長2445km，設計輸量300×108m3/a，管徑1219mm，設計壓力12MPa。共設置12座中間壓氣站，共47臺壓縮機。壓縮機為長輸管線的核心，因此壓縮機組管線的平穩運行是保證4000km長輸管線安全運行的前提。

1 離心式壓縮機應力分析依據

離心式壓縮機組管線的應力分析主要為一次應力、二次應力和壓縮機管口荷載和位移的校核。

一般離心式壓縮機的進出口溫差較大，壓縮機出口溫度相對較高，壓縮機設備本體和管系必定會產生熱應力。在施工過程中管道安裝應力和熱應力形成合應力，會對壓縮機的驅動器造成扭曲和破壞，造成壓縮機無法正常運行。因此根據美國石油學會(API)617標準《石油、化學和氣體工業用離心式壓縮機》壓縮機出口管道在熱態時所產生的力和力矩，必須小于壓縮機出口管嘴所允許承受的外力和力矩。

2 壓縮機分析基礎參數

以古浪壓氣站為例對壓縮機組的配管進行應力分析。

(1)壓力 所有管線設計壓力12MPa(G)；壓縮機進口管線最大操作壓力10.4MPa(G)；壓縮機出口管線最大操作壓力11.8MPa(G)；

(2)溫度 壓縮機進口管道設計溫度60℃，出口80℃；壓縮機進口管線最大操作溫度30.8℃；壓縮機出口管線最大操作溫度59.9℃；

(3)管線 當管線管徑≥DN1200采用直縫埋弧焊鋼管X80；當管線DN1000≥管徑≥DN700采用直縫埋弧焊鋼管X70；當管線DN600≥管徑≥DN500采用直縫埋弧焊鋼管L415MB。

3 離心式壓縮機組管線應力分析方法

使用CAESAE Ⅱ軟件對古浪站壓縮機組管線進行建模分析，模型如圖1所示：

(1)一次應力校核結果：根據校核結果S1=116686.8kPa，Sh=188226.9 kPa， S1≤Sh一次應力滿足校核結果。

(2)二次應力校核結果：根據校核結果SE=130238.2kPa，SA=356426.0kPa， SE≤SA二次應力滿足校核結果。

(3)離心式壓縮機管口荷載校核。壓縮機廠家提供的進出口允許力和力矩值如下：

圖1 古浪壓氣站應力分析模型

按照管嘴受力是否有摩擦力兩種工況，計算結果如下：根據以上計算結果，壓縮機力矩值Mx和Mz沒有滿足壓縮機廠家的要求。

壓縮機力矩值分析：根據實際經驗和其它壓縮機站場運行情況，壓縮機出入口管線不需要設摩擦力，因此在沒有摩擦力的情況下，計算后的Mx力矩值符合廠家的要求。

4 結論與建議

(1)假管支撐。在設備的進出口管線上，如果彎頭存在，為了保證計算的應力和現場實際保持一致，在建模時須在彎頭處增加一個假管支撐。假管在模型里面相當于一個0重量的剛性元件，溫度與管道相同。以壓縮機出口管線10節點為例：

建模時增加假管支撐計算結果為：MY/N·m=-27042；

建模時無假管支撐計算結果為：MY/N·m=-46871；

從計算結果可以看出是否增加假管支撐對力矩值影響很大，而且只有增加假管才能保證與現場的真實情況保持一致，否則計算結果與真實情況相差會是成倍的關系。

(2)如何處理摩擦力的問題。一般管線在導向架和限位架上的摩擦力通常設為0，因為管線是在間隙之間來回運動的。壓縮機的管口不設摩擦力是因為壓縮機為震動設備，管口和支架幾乎沒有接觸，并根據現場實際經驗在應用CAESAR Ⅱ軟件計算時可以把摩擦力設為0。

[1]API617石油、化學和氣體工業用離心式壓縮機[S].

表2 壓縮機管口校核