天然气压缩机管线振动分析及减振对策

王路 王磊 孙学涛

摘 要：针对天然气压缩机管线振动问题，本次研究以往复式天然气压缩机为例，对管线振动的原因以及危害进行深入分析，提出天然气压缩机管线减振的相关措施，为保障往复式天然气压缩机的安全运行以及管道的正常使用奠定基础。研究表明：气流脉动、共振以及压缩机振动等三大现象都会引起往复式天然气压缩机管线的振动问题，因此，相关企业需要从降低不均匀压力度、增加管道支撑以及在震源点位置处设置管卡三个角度出发，分别采取多项有效措施，全面解决往复式天然气压缩机管线的振动问题，为保障设备的安全高效运行奠定基础。

关键词：往复式天然气压缩机;管线振动;原因分析;气流脉动;减振措施

0 前言

天然气压缩机是天然气输送过程中的关键设备，主要可以起到为天然气增压的作用，在所有类型的压缩机中，由于往复式天然气压缩机的运行效率相对较高，且使用安全，因此，往复式天然气压缩机的使用较为广泛[1]。在往复式天然气压缩机运行的过程中，受到各种因素的影响，会引起连接管线的振动问题，当振动问题持续出现时，可能会引发管线破损、连接松动以及仪表失灵等一系列的问题，进而对天然气的输送产生严重的影响。针对往复式天然气压缩机管线的振动问题，本次研究主要是对引起振动问题的原因进行全面的分析，提出减振的相关措施，全面保障天然气的输送安全。

1 天然气压缩机管线振动原因分析

1.1 气流脉动

在天然气管道运行的过程中，气体的流速、压力以及密度等参数都会随着时间的变化而产生变化，这种现象可以称之为气流脉动，在往复式压缩机运行的过程中，其运行参数以及吸排量也会产生时间性的变化，这会使得管道内天然气的相关参数产生变化，这种变化并不只是时间方面的变化，也存在位置上的变化。在天然气输送的过程中，如果气流脉动遇到管道上的阀门、法兰等零部件，由于时间的改变，就会产生严重的激振力，管道以及往复式压缩机都会受到激振力的严重影响，进而使得管道出现振动。事实上，由于气流脉动所引起的压缩机振动问题十分常见，大多数压缩机管道出现振动问题都是由于气流脉动所以引起的，同时，气流脉动在整条天然气管道的任何位置处都有可能会出现，同时也难以采取相关措施消除该种问题，为了防止气流脉动对整条天然气管道的运行产生影响，工作人员需要从均匀压力度的角度出发，采取合理的措施，以此降低气流脉动出现的频率，这是防止出现管道振动问题的重要措施[2]。

1.2 共振

在天然气管道内储存一定量的气体，这部分气体可以被称之为气柱，气柱可以被看作为振动时的弹簧，可以被随意的压缩，同时也会产生一定的膨胀作用，气柱具有一定的质量，由此可见，气柱本身就可以被看作为振动系统，当气柱受到激发力作用时，就会产生严重的振动现象。在往复式压缩机运行的过程中，由于活塞的周期性运动才会产生吸气以及排气等行为，从而使得管道内产生一定的激振力，在激振力的作用下，气柱就会产生振动现象，同时会带动管道产生振动问题。如果0.8-1.2倍的气柱产生相同的共振频率时，天然气管道内的整个气柱都会产生振动，管道内会产生异常压力脉动问题，此时管道以及往复式压缩机的振动都会加剧。通过以上分析可以发现，天然气管道内必然会存在气柱，往复式压缩机运行过程中必然会产生激振力，激振力作用在气柱上产生振动问题，为了消除该问题，只能从消除共振的角度出发，使得气柱的振动降低，防止气柱的振动引发管道振动问题。

1.3 压缩机振动

在往复式压缩机运行的过程中，受到各种因素的影响，压缩机本身也会出现振动问题，进而带动管道产生振动。首先，如果往复式压缩机的平衡性很差，地基不稳定，在压缩机运行一段时间以后必然会产生地基下陷问题，进而使得压缩机运行过程中产生严重的振动;其次，往复式压缩机内部的零部件相对较多，如果各种零部件之间的型号以及设计安装不合理，也会使得压缩机运行过程中产生振动;最后，往复式压缩机在使用一段时间以后，必然会出现各种类型的故障问题，这就要求工作人员必须定期对压缩机进行维护和保养，及时发现压缩机运行过程中存在的故障问题并采取措施解决，如果压缩机的维护保养不当，则往复式压缩机出现振动问题的概率将会大大提升。事实上，在往复式压缩机运行的过程中，出现振动问题也十分正常，只要工作人员及时发现往复式压缩机振动问题出现的原因，并采取合理的措施解决问题，则可以从根本上避免因压缩机振动带动管道振动[3]。

2 天然气压缩机管线减振措施

2.1 降低不均匀压力度

为了防止出现往复式天然气压缩机管线振动问题，工作人员首先需要采取合理的措施降低管道内的不均匀压力度，在这一方面，主要可以通过增加管道孔板的方式达到目的。在增加管道孔板的过程中，工作人员首先需要对管道以及往复式天然气压缩机的布置情况进行全面的分析，如果可以采取该种方式，则可以在管道合理的位置处增加孔板，如果无法采取该种措施，则工作人员可以在往复式天然气压缩机的出口位置处设置平板闸阀，进而对压缩机出口位置处的气流进行合理的控制与调整，同时，对压缩机入口位置处的压力进行合理的调整，尽可能使得入口位置处的压力波动范围维持在0.01MPa范围内。在另一方面，如果往复式天然气压缩机运行过程中的其他参数出现严重额定波动，则会引起天然气管道内介质的参数波动问题，气体介质的参数波动是引发气流脉动的主要原因，因此，工作人员需要尽可能的保障往复式天然气压缩机处于稳定的工作状态，防止出现压缩机出现严重的参数波动，进而保障天然气管道处于稳定的工作状态，此时出现气流脉动的概率将会大大降低，可以从根本上解决管道的振动问题。

2.2 增加管道支撑

为了消除往复式天然气压缩机管道的振动问题，增加管道的支撑也十分重要，同时还需要紧固各种螺栓，在增加管道支撑的过程中，工作人员需要对站场内的管道分布情况进行合理的分析，在进行数据模拟的前提下，选择合理的位置增加管道的支撑，一般情况下，往复式天然气压缩机出口管道位置处建立三个支撑点即可，在设立支撑点以后，需要对所有的螺栓进行紧固，同时，在压缩机运行一定的时间以后，受到各种因素的影响，管道支撑位置处的螺栓可能会产生严重的松动，这也会引发管道的振动问题，因此，工作人员需要定期对螺栓进行检查和紧固处理。如果站场内的管道长度较长或者弯头的数量相对较多，则可以增加管道支撑的数量，尽可能的将管道支撑建设于管道的弯头位置。

2.3 在震源点位置处设置管卡

在进行管道减震的过程中，工作人员需要对管道沿线可能出现的振动问题进行全面的分析，了解最大振幅可能出现的位置，在最大振幅位置处设置管卡，但是需要注意不得对某一个位置点进行强行的固定，需要在管道沿线多个位置点处进行分散固定，通过该种措施可以使得管道的附加应力降低。同时，管卡的设置需要结合管道的强度以及产生激振力的方向，在管卡设置以后，不得對管道产生附加应力，同时也不能与管道之间产生摩擦，以此防止管卡对管道产生破坏。

3 结论

通过本次研究可以发现，在往复式天然气压缩机运行的过程中，受到各种因素的影响，连接管道会出现一定的振动问题，振动问题会造成非常严重的危害，引起振动问题的原因主要可以分为气流脉动、共振以及压缩机振动三种类型，因此，工作人员需要采取降低不均匀压力度、增加管道支撑以及在震源点位置处设置管卡三方面的措施，消除管道振动问题，保障往复式天然气压缩机以及连接管线的运行安全。

参考文献：

[1]田汝峰，谢艳娥.天然气压缩机串联系统振动分析及减振方法研究[J].化工装备技术，2015（01）：4-7.

[2]韩春林.RDS压缩机气流脉动的消减分析及减振措施[J].化学工程与装备，2017（11）：210-212.

[3]刘长海，薛长泉.4RDS往复压缩机组管系振动分析及减振措施[J].压缩机技术，2005（03）：11-13.

作者简介：

王路（1988- ），男，河南南阳人，采气高级工，从事天然气集输工作。