K102ABC新氫壓縮機機組進氣管線振動分析與整改

劉 冬，劉守信，王德帥，韓福利

（沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧沈陽110869）

1 引言

隨著石化行業裝置的大型化和多機組化，對設備提供商保證產品的安全性和運行穩定性的要求日益嚴格。因往復壓縮機的特性所致，正常工況下往復機管線內的氣體存在氣流脈動；并因此產生激振力激發管線的振動會危害到裝置的生產運行，嚴重的還會造成生產事故發生。所以設計院和供貨商應該在設計階段就對管線振動進行模擬計算分析，并提出相應的整改方案以便最大程度的保證安全穩定運行。

2 原設計下的氣流脈動情況

某公司290萬t/a蠟油加氫裂化裝置，K102ABC新氫壓縮機機組是由3臺4M125（4M125-55/21.81-179-BX型）對稱平衡型、雙作用活塞式往復壓縮機組成；在脈動分析中發現進氣總管部分，A-B機工作時都有較大超標。更改前進氣管線部分的CAESAR II應力模型圖（圖1）及A-B機工作狀態下使用DIGMO計算得出的氣流脈動圖譜（主頻沿該管系分布的壓力不均勻度幅值與API618中3.9款允許值對比情況見圖2）。

圖1 更改前的進氣總管線

圖2 更改前AB機工作時Ⅰ級進氣管內的氣流脈動模擬值對比允許值

3 振動機理和控制措施

由于往復壓縮機的間歇式吸排氣這一狀況，在管內形成了一段段氣柱，當氣體以氣柱形式沿管道輸送時，遇到彎頭、異徑管、分支管、閥門、盲板等元件就會產生周期性非正弦型變化的激振力，管系在該激振力的作用下將會表現出相應的機械響應，即管道出現不可避免的強迫振動。因此往復壓縮機管系在氣流的激振力作用下的振動是氣流脈動的外在表現，而氣流脈動則是管線振動（機械響應）的內因。通過對往復壓縮機的振動進行分析，認為振動的產生主要有如下這4個方面原因：

（1）由壓縮機本身的動不平衡而引起的壓縮機本體和與其相連管道及管內介質的振動；

（2）由壓縮機間歇性的吸氣和排氣而引起的管內氣柱振動；

（3）由于氣柱的壓力脈動而激起的管道振動；

（4）由管道上節流及啟閉元件引起的介質渦流而激起的管道振動。

對產生管線振動的4種不同種因素給予了各相對應的控制方式和方法。第1種要在工藝流程上選取機型時盡量選取平衡式的，主機設計中注意對往復運動的運動元件進行往復質量的平衡配重就可獲得較好的控制。第2種振動可以通過加設脈動抑制裝置（如緩沖器、孔板等等）和布置安全、經濟、合理的管線來獲得較好的控制。加設緩沖器的主要作用是，使得氣流速度減緩，并形成壓力趨于穩定的流場；增加孔板的主要作用是，讓氣流由駐波變為行波，改變氣流的波形且消減波峰和波谷，從而降低脈動幅值；更改管線布置的主要作用是，讓氣流的頻率和管系的固有頻率錯開，以免產生共振效應。第3種的管道振動可通過對管道布置的更改、支架的選型以及合理的設置支架位置等辦法來給予解決。無論是對管道布置的更改，還是增加修改支架，都是為了增強管線的剛性，減小氣流所產生的激振力對整體管系的振動影響。第4種的激振力很難定量或定性地描繪出來，一般通過加強局部管道支撐來解決。通過對管線振動原因的分析判斷，再結合現場條件和用戶要求，最終去給出相對應的解決方式，具體的整改方案。

圖3 更改后的進氣總管線

圖4 更改后AB機工作時Ⅰ級進氣管內的氣流脈動模擬值對比允許值

圖5 加孔板后的進氣總管線

4 具體整改方案

（1）通過更改管路布置來降低管內氣流脈動，從而達到對管系振動的控制作用。更改管線布置后的管線應力模型圖（圖3），氣流脈動圖譜（主頻沿該管系分布的壓力不均勻度幅值與API618中3.9款允許值對比情況見圖4）。調整管道布置后的管內氣流脈動主頻沿該管系分布的壓力不均勻度幅值皆低于API618中3.9款允許值。

（2）通過在管系內加設脈動抑制裝置（孔板）來降低管路內部氣流脈動，起到對管系振動的控制作用。增加孔板后的管線應力模型圖（圖5），氣流脈動圖譜（主頻沿該管系分布的壓力不均勻度幅值與API618中3.9款允許值對比情況見圖6）。為使脈動情況符合API618的要求，經調整，在管廊上的一級進氣管線B機至C機部分增加2塊孔板，孔板位于距離相近的支架600mm處；2塊孔板尺寸相同，數據見表1。

圖6 加孔板后AB機工作時Ⅰ級進氣管內的氣流脈動模擬值對比允許值

表1 Ⅰ級進氣總管管廊處孔板

5 結語

K102ABC新氫壓縮機3臺機組原管線布置的進氣管線入氣口在機組的一端，導致AB機工作時遠端處的氣流脈動值超出API618允許值。為了削減管內的氣流脈動，提出了2種不同方式的解決方案：一種是更改管線布置；另一種是加設脈動抑制裝置（孔板）。更改管線布置整改措施的優點是脈動值大幅度降低，缺點是增加管段和管件帶來經濟成本的上升，還要在新增管線上布置支架及其支架基礎，這需要廠區提供相應的空間；加設脈動抑制裝置（孔板）整改措施的優點操作較為簡單，更改范圍小，缺點是脈動值下降有限，不利于氣流中水分冷凝析出排泄。這2種整改措施各有優缺點，可和設計院及用戶進行三方協商來選取更加適合本機組的方案。