氯乙烯压缩机出口管路振动及减振措施

陶　巍，王　辉，阎　伟

（天津渤天化工有限责任公司，天津 300480）

氯乙烯压缩机出口管路振动及减振措施

陶巍，王辉，阎伟

（天津渤天化工有限责任公司，天津 300480）

对压缩机出口管线系统压力不均匀进行了分析，找出压缩机出口管线振动的原因，并提出了改造方案。

压缩机；振动；减振

渤天化工有限责任公司一套氯乙烯单体压缩工序中使用的是往复压缩机，其中，南京压缩机厂生产的L315-20/8型号6台，无锡压缩机厂生产的LW-40/8型号2台。因为增产的原因，压缩机批次不同，型号不同，设备摆放不规则，开车时压缩机出口管路振动明显，并伴有很大的噪声，多次造成管道支撑松动，随时随地存在管道疲劳破裂、单体外泄的可能，对装置安全生产构成极大威胁。解决压缩机管道振动问题对装置的安全稳定运行、提高企业的经济效益具有十分重要的意义。

1　管路振动分析

1.1气流压力脉动引起的管系振动

活塞式压缩机在运转过程中，吸气、排气是间断性的，两者交替进行；另外，活塞运动速度随时间而变化，这种现象会引起管道内气流的不稳定，产生流体压力脉动。压力脉动会给压缩机工作造成不利影响，如降低气阀的使用使排气量增大或者减小；破坏安全阀的严密性以及引起管路和设备振动等。

压缩机吸、排气的间歇性，使管道内气流呈脉动状态，压力脉动的幅度大小，可用压力不均匀度来表示，其定义为：

式中：Pmax—脉动最大压力；

Pmin—脉动最小压力；

脉动压力的幅度是指偏离平均压力的最大幅度，即：

显然，管路中压力脉动的不均匀度越大，振动频率越高，振动能量也越大，越容易损坏管路。特别当气流经过管路中的阀、弯头等位置，压力不均匀度越大越有可能是管路振动的主要激振力。在管路连接位置生成的振动应力是整个结构疲劳破坏的重要原因。所以对使用中的管路气流压力不均匀度要有一定的限制［1，2］。

1.2管路机械共振

压缩机的管路振动，除了气流压力脉动引起的振动原因外，任何一种激振力 （例如气流脉动冲击力，压缩机往复运动时的不平衡惯性力，转轴对中不良时的机械脉动力等）都能激发管路的机械振动，其中脉动流体在管路的转弯、变截面、阀门、盲管等处冲击产生的管路机械振动最为常见。管路系统根据配管情况、支撑类型、支撑位置以及边界条件不同，也有自己的一系列固有频率，如果激振力的主频率与管系固有频率一致，虽然激振力并不很大，但会激起很强的管路机械共振。

某些配管不适当的个别情况，会发生激发频率、气柱固有频率和管路固有频率同时重合或接近，则将使气柱共振和管路机械共振同时出现，管路振动将十分剧烈，从而可能会给设备或管路造成严重的损伤。

2　减振方案的实施

管路压力脉动实质上是一种周期性的气流冲击波浪，消减压力脉动就是消减压力的不均匀度，减小其脉动幅度。通常的预防措施是在管路系统中加装各种类型的消振器，例如缓冲器、声学滤波器等。当然，管道中气流压力的不均匀度首先与激发源有关，在多缸压缩机中，缸体的分布方式和各缸曲柄的错角位置将会直接影响到压力的波长和波动的均匀性。

该公司由于之前的简单改造如改变支撑点、加固支撑等方式，改变管道的固有频率等，未使管路振动减小，且振动有愈演愈烈的趋势，故判断该管路振动主因不是由管路共振引起的，而是压力脉动。故按照减小压力脉动方式进行改造。

该压缩机组为8台并联，且大排量与小排量压缩机混合开动，受限于现场环境，增产时压缩机位置摆放相对杂乱；管路出口走向不统一；吸、排气顺序与气阀开启时间长短以及气缸的结构大小、曲柄错角等都同样，开动起来更加容易加大管路内气体的压力脉动。

参照已有的资料，综合现场条件，采用消音管、缓冲器相结合的方案减振。

2.1装设缓冲器

缓冲器等同于蓄能器，如同一个水库担负着能量调节的作用。当缓冲器上游处在压力波的峰值时，因为气体具有弹性作用，压力波进入缓冲器后压缩当中的气体，压力波的动能转换为缓冲器内气体被压缩后的弹性势能。反之，当缓冲器上游处在压力波的波谷时，缓冲器内被压缩的气体膨胀，势能转换成动能，弥补了管路内瞬时压力的下降。通过这样的能量转换，缓冲器如同一个气体弹簧，对振源起到隔振的作用。进而把出缓振器后的气体压力脉动峰值降低了很多。同时，根据声学滤波原理设计，缓冲器可看作容积型（或称膨胀型）滤波元件，其对高频波具有较强的抑制作用［3，4］。

缓冲器筒体设计为Ø500×8，材质为Q245R，长度为811mm。

已知无锡压缩机厂生产的LW-40/8型大压缩机二段气缸内直径D1=340mm，行程H=200mm，气缸体积V=0.785×0.342×0.2=0.018（m3），缓冲器体积V1=0.204（m3），V1/V=0.204/0.018=11.3，满足V1/V＞10。

考虑到安装制造及使用方便，缓冲罐一律按照此体积设计。并且由于原出口管埋于地下，为了便于施工，缓冲器安装在靠近墙面的竖立管路上，缓冲罐进出口管没有位于罐的中心。

2.2消音管确定

声学滤波器的消振作用是根据谐波分析中的声学滤波原理设计的。按照傅里叶变换原理，任一周期性变化波形均可分解为不同频率的谐波，因此周期性变化的压力波形也可以分解为一系列不同频率的谐波。不同形式的滤波元件及气流能够通过和消减的谐波频率是不同的。

图1　消音管示意图

圆孔型滤波元件在管壁上开有很多小孔，对低频压力波有很好的反射作用，使其沿主管路不能透射，对低频波的抑制作用较强，但不能反射高频压力波。和缓冲期结合使用，同时对高、低频波都有抑制作用。

消音管利用各个小孔将气柱切分成众多细小气柱，这样会减小对管路的激振力，同时减小噪音，类同于消音器。

取消音管孔径d1=10mm，取A孔＞A管。

A管=（0.785×（15.9-0.4×2）2）=179（cm2）；

A孔=245×0.785×12=192（cm2）；

A管—压缩机出口管截面积（cm2）；

A孔—消音管所有孔截面积之和；

取孔数N=245个。消音管示意图见图1。

3　改造效果

改造前管路振动较大，即使加装固定的抱卡、墙体固定卡，但时间长了固定卡会出现松动现象，垫片出现泄漏。改造完成后振动在合理范围之内，振幅大大减小，消除了困扰生产多年的不安全隐患。

［1］沈庆根，郑水英.设备故障诊断.北京：化学工业出版社，2009.

［2］党锡淇，陈守五，夏永源.孔板消减气流脉动机理的分析.西安交通大学学报，1979，13（2）：49-59.

［3］张瑞琳.活塞式压缩机管道系统振动分析及改进.流体机械，2000；28（6）：40-42.

［4］伊建玉，杨维群，袁庆禄，等.压缩机气体管道的振动原因及消振方法.压缩机技术，2002；9（4）：38-39.

Vinyl chloride compressor outlet piping vibrationand vibration reductionmeasures

TAOWei，WANGHui，YANWei
（Tianjin Botian ChemcialCo.，Ltd.，Tianjin 300480，China）

Through the field observation，no uniformity，etc for the pipeline system pressure is analyzed. Find out the reason of compressor outlet pipeline vibration，and reasonable reconstruction scheme is put forward.

compressor；vibration；vibration reduction

TQ051.21

B

1009-1785（2015）09-0027-03

2015-05-18