化工用往复式压缩机配管设计研究

麦桂香

（茂名瑞派石化工程有限公司，广东 茂名 525011）

管道几乎遍及所有现代工业领域的物料输送系统，在生产和生活中随处可见，如水管、蒸汽管道，煤气管道，长距离输送石油、天然气管道等。由此不难想象管道的分布有多广泛，管道的安全与日常生活的关系有多密切，保证管道系统的安全运行的意义有多重大。

1 管道设计的基本要求

管道设计要与装置全部设计统一考虑，必须符合管道仪表流程图，满足工艺要求，要有适当的支撑，保证足够的强度，对工作温度较高的管道要作柔性分析、有激振力的管道要作动力分析，使管道既有足够的强度和吸收热膨胀位移的能力，又有良好的抗振性。在经常出现飓风风或地震分区级别高的地方还要考虑抵御风载和地震载荷的能力。

管道敷设主要有架空和埋地两种类型，可根据具体情况确定选择何种敷设方式，过程工业装置的管道大都采用架空敷设，既便于施工、操作、检查、维修，也较为经济。大中型装置的架空管道都用管廊、管架和管墩成排敷设。对于分散的管道可用支吊架，长距离输送管道一般采用埋地敷设，工业管道地下敷设的较少，就是地下敷设也大都用管沟，而不是直接敷设在地下。

管道布置设计应综合考虑各种影响因素，以达到可行、可靠、经济、合理的目标。

管道的总体布置管道布置设计应做到安全可靠、经济合理，并满足施工、操作、维修等方面的要求。对于需长期施工的工程，其管道的布置设计应统一规划，力求做到施工、生产、维修互不影响；永久性的工艺、热力管道不得穿越工厂的发展用地;在确定进出装置(单元)的管道方位与敷设方式时，应做到内外协调;厂区内的全厂性管道的敷设，应与厂区内的装置(单元)、道路、建筑物等协调，避免管道包围装置(单元)，减少管道与铁路、道路的交叉。

2 往复式压缩机的管道设计

往复式压缩机的间歇吸入和排出，产生气体的压力脉动，压缩机本体的机械不平衡也会引起振动。如果这些振动传到管道上，会使管道振裂或影响仪表工作。为减少气体压力脉动，可在压缩机管道上安装孔板或装设缓冲罐。最有效的办法是在压缩机的吸入口和排出口都安装缓冲罐，它的位置越接近压缩机的管嘴越好，最好能直接与压缩机出入口相接。

要减少压缩机的机械振动，就要尽金减少管道弯头的个数和采用曲率半径较大的弯头。此外，还取决于压缩机本体及其基础的设计。但不论怎样，管道设计时必须加大管道支架的刚性，增多支架数量，这对处理气体压力脉动是必要的。

往复式压缩机的管道支架要做独立基础，不与压缩机及厂房合用，以免振动通过基础传给支架和管道，所以支架基础也成为决定厂房大小的一个因素。其他管道不可与压缩机管道合用一个支架，以免传递振动。为增加刚性，管道支架用钢筋混凝土制作，并要降低高度，管道由螺栓固定在支架上。使用缓冲罐时，缓冲罐的固定螺栓要用双螺母或其他方法固定。

为避免产生共振，压缩机管道的固有频率与压缩机的工作频率间的比例有一定的要求。往复式压缩机吸入和排出管道上靠近管口的放空、放净阀的接管和压力表的导压管的壁厚要增加，并用筋板加固，以免受振后破裂。

要防止凝液进入压缩机气缸，必须在各段吸入口前设吸入罐或凝液分离罐，除去凝液。当吸入饱和状态气体时，常用加热夹套以防冷凝。也可在吸入口装过滤器，在管道设计时要设置备用过滤器或旁路和考虑清洗的方便。

压缩机的入口管往往直径较大，较费钢材，过长的吸入管道会增加压缩机的动力消耗，所以压缩机的入口管应尽量地短而直。凝液分离罐要尽量靠近压缩机入口。

压缩机停机时不允许有凝液回流。当压缩机出口气体接近饱和状态时，出口管上要设置排凝罐，同时安装一个止回阀。压缩机出口气体不是饱和状态的，由于排出气体中多带有润滑油，出口处要设置分离罐分离润滑油。

对压缩机的结构要充分了解，压缩机的管道不得妨碍操作和解体检修。例如:压缩机气缸盖是往前方卸下时，气缸前方不应布置管道;当气缸盖是由上方吊卸时，气缸上方不应有管道。

若压缩机和被压缩的气体用水冷却时.先将水接往后冷器，然后接往中间冷却器，最后至冷却汽缸夹套，以充分利用冷却水。各级冷却器的冷凝液各自用管道排出，要保证各级的排出压力高于系统压力。若把不同级冷却器的冷凝液管合为一个系统，应各自装一个止回阀后接在一起。若被压缩的是有毒或危险性气体，则应把轴封处漏出的气体排往压缩机吸入口，以免污染周围的空气。

3 往复式压缩机的配管系统

3.1 配管

配管的直径、壁厚和材质要考虑管内压力，气体性状及允许压降来决定。配管设计避免共振管长，同时充分校核配管的支撑位置及固定方法，使其受到外来的强制力时不共振。

3.2 胍动压力缓冲罐

尽可能在靠近气缸吸入、排出的地方减少压缩机的压力胍动很重要，为此设置缓冲罐是有效的。

缓冲罐的效果不仅随容积，而且还随它的安装位置有很大变化，必须在充分检查其前后配管形状的情况下进行经济的设计。

3.3 冷却器

压缩机的冷却器在低压时多使用管壳式的。高压时一般使用盘管式和套管式。冷却器是由压缩机规格决定的，必须将盘管式或套管式冷却器作为排出配管的一部分，校核共振管长，拐弯位置和固定点。管壳式冷却器的缓冲效果大，如安装位置合适也有作为缓冲罐的效果。

3.4 凝液分离器

其设置目的是为了使压缩气体中的凝液、内部油，通过气缸的尘埃之尖不送到下段气缸或工艺部分。

凝液分离器有各种形式，不论采用哪种罐都是有效用的，如果其容积和安装位置考虑得合适，也可作为缓冲罐用。

4 振动的解析

通常，振动的主要形式大致分自由振动，强制振动和自激振动三种。

这种管路中的振动理论是普通的，应作为其中的强制振动来进行解析。振动的发生源如前所述为压缩机和透平泵等。由于在高速转动设备的转动部分存在某种程度的不平衡质量，于是由不平衡离心力产生具有与转数相等的振动数的强制力，并引起附近结构的振动，如果该转数与附近结构的自然振动数接近，则引起共振现象，造成不可估量的火灾。

另外，如果输送流体的管系的自然振动数与压力胍动数接近，则引起共鸣，产生大周期的压力变化。该周期的压力变化传到直接基础和建筑物上。流体产生周期与流体通过拐弯部分时的动量变化相等的的外部扰动力，并对管系本身及与管系相接的设备和建筑物造成大损坏。

因此，当管系的机械自然振动数附近的转动设备发生的强制力相近时，必须绝对避免音响学的自然振动数与流体胍动的振动数相等。

结语

目前，因石油炼制和石油化工工业的进步和发展，形成了高质量、大容量的生产体系。新建装置的大型化和原有装置的改造、扩建，对运转条件提出了更苛刻的要求，并造成了装置功能的复杂化。与此相应，管道的种类和数量也不断增加，管道系统也更趋复杂。但长期以来，因为管道的组成件看起来比较简单，往往不大引起重视。由于对管道系统的重视不足，管道事故时有发生。因此，对于往复式压缩机的配管设计，我们要格外重视。以避免曾有过的事故再次发生。

[1]诸林.化工原理[M].石油工业出版社，2007.

[2]李红.化工机械应用基础[M].化学工业出版社，2004.

[3]张国干.工业化学[M].湖南师范大学出版社，1998.