考虑气流脉动的石油化工压缩机配管优化设计.docx

学兔兔www.xuetut

石油与天然气化工

第38卷第6期CHEMICALENGINEERINGOFOILGAS509

考虑气流脉动的石油化工压缩机配管优化设计

黄幼玲张克猛文章2张北2赵秀梅2陈亚兵2

(1.西安交通大学2.塔里木油田分公司)

摘要结合科研实践，指出了治理压缩机管道振动的有效途径，给出了管长、管径、容器位置和容积以及工质成分对压力不均匀度变化影响的计算与实验结果，表明了计算与试验结果的相当一致性，并在此基础上介绍了适合于不同功率和压力要求的三种管道设计方法。

关键词配管设计管道振动减振

DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2009.06.013

石油化工应用的大型高压压缩机，自采用对动平衡结构以来，机器转速高、气量大、平衡性能好，满足了生产日益发展的要求，但是停车事故常有发生。造成停车事故的原因，很大一部分是由管道振动引起的，而管道系统的振动，主要由管流脉动引起。

目前我国配管设计许多仍停留在工艺设计阶段，管系投入运行后，可能出现许多力学问题，这样的配管技术远落后于世界先进水平。

本文重点分析了影响配管振动的各种因素，并结合多年来深入企业解决压缩机管道振动课题的大量实践体会，对改变传统的配管设计理念，加速我国的配管设计与世界标准接轨，提出了一些合理化建议。

1影响管流脉动的主要因素

管道系统的振动主要由管流脉动所引起。管流脉动激发管道作机械振动，管道振动反过来又可能拖动机组一起振动↓]。在一定压缩机的诱发下，管流脉动的程度与管道元件、尺寸及其他配置情况有关。管道振动的程度，又与结构尺寸及支承情况相关。一旦管道完成配管，其管流脉动特性即完全确定。施工完成后，要改变这一特性就非常困难，往往需要大动干戈。特别是当设备投入生产后，受设备的安装环境、生产任务等条件制约，使这种大动干戈的治理施工显得非常困难，以致在治理过程中往往对施工质量大打折扣，治理方案无法得到真正落实。

例如，2008年西安交通大学管道振动研究室，经过对某天然气处理站的某型号气举压缩机管道系统的实地考察、分析计算，诊断出气流脉动存在以下问题：

(1)管线脉动大量超标。其中：1级排气管线16处脉动超标(允许值为1.05%);2级排气管线19处脉动超标(允许值为0.725%);

(2)压缩机排气口的压力脉动超标。其中：1级排气口压力脉动为11.04%;2级排气口压力脉动为10.24%(允许值为7%左右)。

超标的主要原因是排气口与缓冲器间的连接管直径设计不合理。为此必需改变管段管径。但为确保当年的生产任务，企业采取不停产施工，故仅落实了加固结构支承的治理，而暂且搁置了管流脉动的整改。结果是振幅较原来虽有明显的消减，但激振力的能量尚未得到减弱，管道振动的隐患至今并未排除。更换很短的管段尚且如此，倘若措施牵涉到改变容器或管道走向，则执行起来就更加困难。可见高压管线的重新配置不但要影响生产，而且也加重了企业的经济负担。

所以真正认识影响管流特性的各种因素，树立将工艺设计与动力特性分析相结合的配管设计理念，对相关企业和设计部门都是非常必要的。

1.1沿管长度压力不均匀度的变化

图1为一最简单的管系装置示意图，图2是相

学兔兔www.xuetut

510考虑气流脉动的石油化工压缩机配管优化设计2009

应的压力不均匀度分布曲线。可以看出：压力不均匀度的实验值与计算值沿管长度均在变化。

1.2缓冲器的安装位置对压力不均匀度的影响

图3为在不同位置安装球型缓冲器的简单管系装置示意图，缓冲器的容积为气缸冲程容积的22.8倍。第一次实验的缓冲器位置距气缸1.19m,压力不均匀度沿管线分布如图4所示，其中I为实验值，Ⅱ为计算值；第二次实验的缓冲器位置距气缸11.3m,压力不均匀度沿管线分布如图4所示，其中Ⅲ为实验值，IV为计算值。

第一次实验管系

1190球形缓冲器

球形缓冲器第二次实验管系

球形缓冲器

11300

14300

图3安装缓冲器的实验空气压缩机管道简图

δ,%

δ,%

IV

15

10Ⅲ

10

5

14300

管长，mm

第一次实验管系：I-实验值；Ⅱ-计算值

第二次实验管系：HI-实验值；IV-计算值

图4