天然氣壓縮機管線振動分析及減振對策

王路 王磊 孫學濤

摘 要：針對天然氣壓縮機管線振動問題，本次研究以往復式天然氣壓縮機為例，對管線振動的原因以及危害進行深入分析，提出天然氣壓縮機管線減振的相關措施，為保障往復式天然氣壓縮機的安全運行以及管道的正常使用奠定基礎。研究表明：氣流脈動、共振以及壓縮機振動等三大現象都會引起往復式天然氣壓縮機管線的振動問題，因此，相關企業需要從降低不均勻壓力度、增加管道支撐以及在震源點位置處設置管卡三個角度出發，分別采取多項有效措施，全面解決往復式天然氣壓縮機管線的振動問題，為保障設備的安全高效運行奠定基礎。

關鍵詞：往復式天然氣壓縮機;管線振動;原因分析;氣流脈動;減振措施

0 前言

天然氣壓縮機是天然氣輸送過程中的關鍵設備，主要可以起到為天然氣增壓的作用，在所有類型的壓縮機中，由于往復式天然氣壓縮機的運行效率相對較高，且使用安全，因此，往復式天然氣壓縮機的使用較為廣泛[1]。在往復式天然氣壓縮機運行的過程中，受到各種因素的影響，會引起連接管線的振動問題，當振動問題持續出現時，可能會引發管線破損、連接松動以及儀表失靈等一系列的問題，進而對天然氣的輸送產生嚴重的影響。針對往復式天然氣壓縮機管線的振動問題，本次研究主要是對引起振動問題的原因進行全面的分析，提出減振的相關措施，全面保障天然氣的輸送安全。

1 天然氣壓縮機管線振動原因分析

1.1 氣流脈動

在天然氣管道運行的過程中，氣體的流速、壓力以及密度等參數都會隨著時間的變化而產生變化，這種現象可以稱之為氣流脈動，在往復式壓縮機運行的過程中，其運行參數以及吸排量也會產生時間性的變化，這會使得管道內天然氣的相關參數產生變化，這種變化并不只是時間方面的變化，也存在位置上的變化。在天然氣輸送的過程中，如果氣流脈動遇到管道上的閥門、法蘭等零部件，由于時間的改變，就會產生嚴重的激振力，管道以及往復式壓縮機都會受到激振力的嚴重影響，進而使得管道出現振動。事實上，由于氣流脈動所引起的壓縮機振動問題十分常見，大多數壓縮機管道出現振動問題都是由于氣流脈動所以引起的，同時，氣流脈動在整條天然氣管道的任何位置處都有可能會出現，同時也難以采取相關措施消除該種問題，為了防止氣流脈動對整條天然氣管道的運行產生影響，工作人員需要從均勻壓力度的角度出發，采取合理的措施，以此降低氣流脈動出現的頻率，這是防止出現管道振動問題的重要措施[2]。

1.2 共振

在天然氣管道內儲存一定量的氣體，這部分氣體可以被稱之為氣柱，氣柱可以被看作為振動時的彈簧，可以被隨意的壓縮，同時也會產生一定的膨脹作用，氣柱具有一定的質量，由此可見，氣柱本身就可以被看作為振動系統，當氣柱受到激發力作用時，就會產生嚴重的振動現象。在往復式壓縮機運行的過程中，由于活塞的周期性運動才會產生吸氣以及排氣等行為，從而使得管道內產生一定的激振力，在激振力的作用下，氣柱就會產生振動現象，同時會帶動管道產生振動問題。如果0.8-1.2倍的氣柱產生相同的共振頻率時，天然氣管道內的整個氣柱都會產生振動，管道內會產生異常壓力脈動問題，此時管道以及往復式壓縮機的振動都會加劇。通過以上分析可以發現，天然氣管道內必然會存在氣柱，往復式壓縮機運行過程中必然會產生激振力，激振力作用在氣柱上產生振動問題，為了消除該問題，只能從消除共振的角度出發，使得氣柱的振動降低，防止氣柱的振動引發管道振動問題。

1.3 壓縮機振動

在往復式壓縮機運行的過程中，受到各種因素的影響，壓縮機本身也會出現振動問題，進而帶動管道產生振動。首先，如果往復式壓縮機的平衡性很差，地基不穩定，在壓縮機運行一段時間以后必然會產生地基下陷問題，進而使得壓縮機運行過程中產生嚴重的振動;其次，往復式壓縮機內部的零部件相對較多，如果各種零部件之間的型號以及設計安裝不合理，也會使得壓縮機運行過程中產生振動;最后，往復式壓縮機在使用一段時間以后，必然會出現各種類型的故障問題，這就要求工作人員必須定期對壓縮機進行維護和保養，及時發現壓縮機運行過程中存在的故障問題并采取措施解決，如果壓縮機的維護保養不當，則往復式壓縮機出現振動問題的概率將會大大提升。事實上，在往復式壓縮機運行的過程中，出現振動問題也十分正常，只要工作人員及時發現往復式壓縮機振動問題出現的原因，并采取合理的措施解決問題，則可以從根本上避免因壓縮機振動帶動管道振動[3]。

2 天然氣壓縮機管線減振措施

2.1 降低不均勻壓力度

為了防止出現往復式天然氣壓縮機管線振動問題，工作人員首先需要采取合理的措施降低管道內的不均勻壓力度，在這一方面，主要可以通過增加管道孔板的方式達到目的。在增加管道孔板的過程中，工作人員首先需要對管道以及往復式天然氣壓縮機的布置情況進行全面的分析，如果可以采取該種方式，則可以在管道合理的位置處增加孔板，如果無法采取該種措施，則工作人員可以在往復式天然氣壓縮機的出口位置處設置平板閘閥，進而對壓縮機出口位置處的氣流進行合理的控制與調整，同時，對壓縮機入口位置處的壓力進行合理的調整，盡可能使得入口位置處的壓力波動范圍維持在0.01MPa范圍內。在另一方面，如果往復式天然氣壓縮機運行過程中的其他參數出現嚴重額定波動，則會引起天然氣管道內介質的參數波動問題，氣體介質的參數波動是引發氣流脈動的主要原因，因此，工作人員需要盡可能的保障往復式天然氣壓縮機處于穩定的工作狀態，防止出現壓縮機出現嚴重的參數波動，進而保障天然氣管道處于穩定的工作狀態，此時出現氣流脈動的概率將會大大降低，可以從根本上解決管道的振動問題。

2.2 增加管道支撐

為了消除往復式天然氣壓縮機管道的振動問題，增加管道的支撐也十分重要，同時還需要緊固各種螺栓，在增加管道支撐的過程中，工作人員需要對站場內的管道分布情況進行合理的分析，在進行數據模擬的前提下，選擇合理的位置增加管道的支撐，一般情況下，往復式天然氣壓縮機出口管道位置處建立三個支撐點即可，在設立支撐點以后，需要對所有的螺栓進行緊固，同時，在壓縮機運行一定的時間以后，受到各種因素的影響，管道支撐位置處的螺栓可能會產生嚴重的松動，這也會引發管道的振動問題，因此，工作人員需要定期對螺栓進行檢查和緊固處理。如果站場內的管道長度較長或者彎頭的數量相對較多，則可以增加管道支撐的數量，盡可能的將管道支撐建設于管道的彎頭位置。

2.3 在震源點位置處設置管卡

在進行管道減震的過程中，工作人員需要對管道沿線可能出現的振動問題進行全面的分析，了解最大振幅可能出現的位置，在最大振幅位置處設置管卡，但是需要注意不得對某一個位置點進行強行的固定，需要在管道沿線多個位置點處進行分散固定，通過該種措施可以使得管道的附加應力降低。同時，管卡的設置需要結合管道的強度以及產生激振力的方向，在管卡設置以后，不得對管道產生附加應力，同時也不能與管道之間產生摩擦，以此防止管卡對管道產生破壞。

3 結論

通過本次研究可以發現，在往復式天然氣壓縮機運行的過程中，受到各種因素的影響，連接管道會出現一定的振動問題，振動問題會造成非常嚴重的危害，引起振動問題的原因主要可以分為氣流脈動、共振以及壓縮機振動三種類型，因此，工作人員需要采取降低不均勻壓力度、增加管道支撐以及在震源點位置處設置管卡三方面的措施，消除管道振動問題，保障往復式天然氣壓縮機以及連接管線的運行安全。

參考文獻：

[1]田汝峰，謝艷娥.天然氣壓縮機串聯系統振動分析及減振方法研究[J].化工裝備技術，2015（01）：4-7.

[2]韓春林.RDS壓縮機氣流脈動的消減分析及減振措施[J].化學工程與裝備，2017（11）：210-212.

[3]劉長海，薛長泉.4RDS往復壓縮機組管系振動分析及減振措施[J].壓縮機技術，2005（03）：11-13.

作者簡介：

王路（1988- ），男，河南南陽人，采氣高級工，從事天然氣集輸工作。