往复式压缩机管线振动原因分析及对策

【摘 要】北I-1深冷站采用的是JGD/4-3型往复式压缩机，其出口管道的振动对安全生产是一个很大的威胁，本文主要探讨往复式压缩机及其附属设备和管线的共振的原因，并结合实际以增加管架和支撑等方法削弱振动，取得了良好的效果。

【关键词】往复式压缩机；管线振动

北I-1深冷站采用的是JGD/4-3型往复式压缩机，其出口管道的振动对安全生产是一个很大的威胁。压缩机的管线振动可能引起：（1）管道的疲劳损伤，尤其可能使小口径管道损坏；（2）管道保温材料的破损；（3）测量仪表及导管的损坏和控制系统误动作；（4）管道摆动或振动以及噪声对人的影响等。强烈的管道振动使得管路附件的连接部位发生松动和破裂，轻则造成泄漏，重则引起爆炸。因此，管道设计时必须充分重视管道振动的消除和控制。对出现强烈振动的管道，需要分析原因，采取减振措施。

一、振动原因分析

引起往复式压缩机机组和管路振动的原因通常有二：一是由于运动机构的动力平衡性差或基础设计不当而引起；二是由于气流脉动激发了管道的机械振动。如果气流脉动激振频率与设备固有频率互相作用就会发生共振现象，有可能发生突然断裂等恶性事故。

1、压缩机振动

压缩机主机和电动机以及管道等相关附属设备在生产运行过程中互相影响，构成一个相对完整的系统。压缩机振动的诱发原因是由于水泥基础质量存在缺陷，施工过程中二次灌浆时砼没有很好的融合牢固。北I-1深冷站的4台往复式压缩机是美国汉诺华公司组装成撬运抵安装的，出厂时均对压缩机组进行过振动平衡测试。但是2009年6月深冷装置检修的时候在压缩机三级出口管线去三级水冷器之间处加装了一个除尘除油过滤器，破坏了机组本身的平衡，因此振动增大。

2、管道振动

（1）气流脉动激振力引起的管线振动

往复式压缩机引起振动的主要原因是管道内气流的压力脉动，在运转过程中，吸排气呈间歇性、周期性变化，将引起气流的压力脉动，称为气流脉动。事实说明，管道内气体压力脉动对管道具有破坏性作用，使压缩机管道发生强烈振动。在管道的弯头、异径管、阀门等部位产生较大的激振力，引起了管道的振动，受激振力的作用，管道系统压力脉动越大，振动的频率越高，管道振动的幅值及应力越大，则振动越大。

（2）设备与管道的共振

由于管道和内部气体构成的系统具有一定的固有频率，当往复压缩机激发的频率与管路固有频率相近或相等时，系统产生相应的共振，它包括气柱共振和管道机械共振，共振使管线产生较大的位移。当管道内气流所受到的气缸激发力的频率与管道内气柱固有频率相等或相近时，会发生气柱共振，这会引起管道强烈振动，并随着压力脉动振幅变大，导致气阀损坏乃至整个机组及管路的振动加剧。由管路、管路附件、容器及支架等构成管路系统，受到激振力激发后产生机械振动响应，即通常所说的管道振动。当激振力的频率与管道系统的固有频率相等或相近时，就会产生机械共振。此时机械振动幅度最大。当激振频率、气柱固有频率、管道系统固有频率三者相等或相近时，会出现最严重的管道振动。

二、现场减振对策

北I-1深冷站的四台往复式压缩机今年检修的时候在三级气缸缓冲罐出口管线去三级水冷器之间处加装了一个除尘除油过滤器，由于罐体设立在气缸一侧，所以引出管线比较长，经过高低两处弯头，贴近地面的直管段上还加装了一个小过滤器。投用初期，此段管线振动非常明显，用便携式测振仪HY-105测量振动值高达60mm/s，远超出安全规定的管线振动范围，有严重的安全隐患。后陆续跟设计单位和施工单位协商，逐步在此管段上加装管架和支撑。

2009年7月10日，在邻近弯头部位增加两组管架，管架采用槽钢制作，用水泥浇筑进压缩机基础中，钢管架的韧性较大，容易受管道激振力的影响产生振动而失去作用，因此在支架和管线接触的地方用木头包裹，再在两端用螺丝紧固，通过调整螺丝的松紧可以调整木质管托对管线的加固程度。邻近地面的直管段上，由于设有一个过滤器，因此直管段需要坚固支撑，7月20日在过滤器两端分别加装两组刚性支撑，用两个半圆形卡子固定管线，将橡胶板隔离在管线和刚性支撑中间，以减小直接摩擦，同样可以通过调整螺丝的松紧调整刚性支撑对管线的束缚度。7月30日，又在直管段处加装了一组管托，刚性管架支撑在地面上，上面连接半圆形木头（烘干不变形的硬柞木），与管线接触处同样用橡胶板隔离。经过三次对管线的加固，振动基本控制在稳定的范围内，9月2日再次对所有管架和支撑进行重新的固定和调整，使振动值更加稳定。

下面以1#压缩机入出口弯头处实测振动为例（见图1），可以看出，经过以上的一系列措施管线振动值逐步趋于稳定，取得了良好的效果。

实际操作期间需要注意的是：（1）管架尽可能增设在振幅最大处；（2）不可只在某一点强行固定，而要多点分散固定，尽可能降低管道的附加应力；（3）尽可能在振源点设置管卡，根据激振力产生方向设计管架的支撑强度与刚度，管道固定的位置应是其自由状态，切忌撇劲而增加附加载荷，在具有振动的场合应避免管道与管道、管道与管架、管道与紧固螺栓等直接摩擦。

三、总结

天然气压缩机的活塞往复运动形式产生振动源，由于其自身结构和运行特征决定了振动是不可避免的，但是与其相连的附属设备及管线的振动必须控制在一个不至于引起设备故障的范围内。通过对压缩机管线增加管架和支撑，经多次实验和调整，目前深冷站压缩机的除尘除油过滤器附属管线振动值明显降低并趋于稳定。每天用便携式测振仪对管线进行振动监测，发现有振动增大的趋势及时调整管架和支撑的紧固度，以上减振措施保证了装置长周期安全平稳运行。