往复式压缩机管道振动原因分析及对策

　　杨德钰曹明
　　摘要：往复式压缩机是石化、化工装置中的重要设备，其出口管道的振动会影响到安全生产，管道振动的原因是多样的，必须重视振动的消除与控制。本文主要分析往复式压缩机管道振动的原因，探讨消除往复式压缩机管道振动的措施。
　　关键词：往复式压缩机；管道振动；原因；措施
　　目前，往复式压缩机由于自身优势，在石化、化工行业中得到了广泛应用。而往复式压缩机结构复杂，容易出现故障，故障的表现形式是多样的，如管道振动是常见的故障，严重时导致泄漏、爆炸，威胁安全生产。一般情况下，往复式压缩机吸排气是间断性的，出口管道中气体流动不是定常的，导致出口管道中的气流压力与速度出现周期性变化，也就是会有气流脉动。气流脉动会引发管道振动，还有其他原因也会引起管道振动。管道振动会导致管道疲劳损伤，特别容易使小口径管道损坏；导致管道保温材料破损；管道振动及噪声对人体的不良影响等。管道振动会使管道各部件的连接部位发生松动与破裂，很容导致泄漏问题，严重时还会引发爆炸。所以要分针分析管道振动的原因，找出切实可行的措施消除管道振动，确保往复式压缩机的安全运行。往复式压缩机出现管道振动的原因是多样的，必须给予重视，本文主要分析往复式压缩机管道振动的原因，探讨消除往复式压缩机管道振动的措施。
　　一、往复式压缩机管道振动原因分析
　　（一）气流脉动引起的管道振动
　　往复式压缩机管道振动是由多种原因引起的，但生产中的管道振动多是由气流脉动引发的。压缩机管道中充满气体即气柱，能压缩、膨胀，所以气柱本身是一个弹性振动系统，在周期性吸排气挤压下，会使进出口管道内的流体呈脉动状态，导致管内流体参数随着位置、时间做周期性变化，这就是气流脉动。气流脉动不仅会降低压缩机的容积效率，降低产量，加大消耗功率，还会引发管道强烈震动，威胁安全生产。从气流脉动大小与压力不均匀度来看，当管道的气流压力不均匀度增大时，振动频率就高，振动能量就会加大，对管道带来的破坏性也会越大。如果脉动气流通过管道弯头、分支管、阀门等时，压力不均匀度会引发管道振动的强大激振力，出现管道的机械振动。
　　（二）共振引起的管道振动
　　往复式压缩机管道内输送的气体是气柱，气柱能压缩、膨胀，有一定的质量。它本身固有的频率是气柱固有频率，管道及其组件构成一个系统，此系统结构具有一定的频率即管系机械固有频率。机组活塞往复运动频率是激发频率，其计算公式mn60Hz。一般工程中把0。8～1。2的频率范围作为激发频率共振区，如果气柱固有频落在这个共振区内，会产生较大的压力脉动而引发气柱共振；如果管系机械固有频率落在这个共振区内，会引发结构共振，这都会导致不良后果。因此配管设计应避免发生气柱及结构共振，可通过调整气柱固有频率和管系固有频率来实现。
　　（三）外力引起的管道振动
　　管道振动的原因是多样的，如强风横吹时，会在管线背风面产生涡流而引发管道振动；地震会引发管道振动等。
　　（四）机组振动引起的管道振动
　　压缩机的机组动力平衡性能较差、安装不当、基础设计不当等，会引发压缩机机组和管道振动，进而影响与它连接的管道，引发管系振动。
　　二、往复式压缩机管道减振措施
　　（一）压力脉动减振措施
　　气流脉动引发管道振动很常见，可以通过降低管内气流压力的不均匀度，减小气流压力脉动幅值来消振，这对缓解管道振动是非常重要的。
　　1。避开气柱共振
　　往复式压缩机要消振首先应避免气柱共振，因为共振带来的后果较为严重。通过计算气柱固有频率，错开气柱固有频率与活塞激发频率，达到消除共振的目的。
　　2。设置缓冲器
　　合适的缓冲器不仅能改变管系气柱固有频率，还能降低气流脉动的幅值，被认为是最简单有效的环节气流脉动的设施。但缓冲器容积大小与安放位置是非常关键的，为了充分发挥缓冲器的作用，应将缓冲器放在紧靠压缩机的进排气口。缓冲器和管道要采取合适的连接方式，实践证明，缓冲器容积比气缸每行程容积大10倍上，并且安装位置合适，流入管道的气流就会平稳，达到减振的目的。一般来说，缓冲器有两种形式，一是单个容器的缓冲器，二是两个容器串联形成的滤波型缓冲器。实际运用中，如果要缓冲器前管路内有较小的压力脉动，可以选用单个容器的缓冲器来消振；如果希望缓冲器后管路内有较小压力脉动，可以用滤波型缓冲器，两者各有自身优势。缓冲器与管道连接方式，对振动有较大影响。如果连接方式不合适，起不到相应的减振作用。
　　3。增设孔板
　　往复式压缩机在适当位置增设孔板，能降低管内的压力不均匀度，达到减振目的，是减振的有效措施之一。通常情况下，在大容器入口处安装合适孔板，使管道尾端不具有反射条件。同时孔板尺寸也会影响减振效果。
　　4。设置气流脉动衰减器
　　衰减器的原理是声学滤波原理，相比于缓冲器，衰减器有更好的减振效果，但是其结构比较复杂、形式多样，成本较高。目前，实践中运用的多孔声学滤波器是效果较好的，也是应用最广的，比较适合与油分离器配合使用。
　　5。增设集管器
　　管道并联运行时，会汇合处脉动量会迭加，迭加可能会使脉动相互抵消，也可能相互增强。为了避免出现这种问题，可以在汇合处安装集管器，一般情况下集管器的通流面积高于进气管通流面积总和的三倍以上。
　　（二）改进管系结构措施
　　往复式压缩机要消振，还要注意管系结构振动计算，将机械振动的振幅和动应力控制在允许的范围内。
　　1。应对机械共振措施
　　要避免机械共振，需要改变结构的固有频率，可以通过改变位置、数量等方法完成。压缩机的吸排气管道要与压缩机基础和建筑物脱开，不能在平台上生根，设计成独立的支架，并保证较低的支架高度，能有效避免机械共振。管道支架要设在拐弯、分支等附件，要采用特殊的抑振管架，不能只起承重作用。
　　2。避免气流速度与方向突变措施
　　管道内气液压力不均匀度较高的地方，应尽量保持管线平直，少用弯管。必须使用弯头的地方，要注意弯管的弯曲半径较大，转角尽量小，防止气液方向突然变化。在异径接头的地方，要尽可能减小收缩口角度，避免管径收缩突然性。
　　参考文献：
　　〔1〕郭军。往复式压缩机管道振动原因与减振措施〔J〕。广东科技，2014（12）。
　　〔2〕翟廷科，刘雪东，刘文明，刘文榉。往复式压缩机出口管道振动分析及消振措施〔J〕。化工机械，2010（2）。