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大型活塞式压缩机管道振动原因分析与减振技巧

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/1/23 19:47:00   

  所属频道:  火力发电    关键词:  压缩机 振动 管道

活塞式压缩机是化工生产中提高压力和输送介质的动力源,俗有“心脏”之称。大型活塞式压缩机在中氮行业得到了广泛的应用。但其管道振动问题严重影响了安全生产,管道本身、管道附件产生疲劳破坏,使连接部件松动,轻则造成管道裂纹、泄漏,重则造成中毒、爆炸、着火等恶性安全事故。
  
  1  振动原因分析
  
  1.1  激振力分析
  
  由于大型活塞式压缩机吸排气为间歇性且吸排气量大,使气流的压力和速度呈周期性变化且气流脉动大。在管道的弯头、异径管、控制阀、直管段等部位产生较大的激振力,引起了管道的振动。
  
  1.1.1  直管
  
  设管道的截面积为s,管内压力为P,P可以分解为一平均压力Pm与脉动压力P1。平均压力Pm看作静压力,在管道振动问题中可以不考虑,而脉动压力P1引起管道沿轴向伸长与收缩变形以及沿径向的扩大与缩小变形,也就是管道振动的振幅位置。
  
  1.1.2  弯头
  
  1.1.3  异径管
  
  与直管一样只考虑压力脉动部分。其变形除了与直管段类似的沿轴向伸长与收缩变形以及沿径向的扩大与缩小变形之外,还增加了由于P1S1-P1S2引起的轴向往复运动。
  
  压缩机工艺管道一般同时具有直管、弯头、异径管等,因此,各种变形叠加形成了管道的周期性振动位移,其方向多样。
  
  1.2  气柱振动系统分析
  
  往复压缩机管路内输送的气体,其平均流速相对气体介质中的声速低得多,故可视气体为静止的。这种静止的气体称为气柱。气柱可以压缩、膨胀,是一个弹性体,气柱又有一定的质量,故气柱本身是一个振动系统。当气柱受到一定的激发之后,就会形成一定的受迫振动。振动的结果表现为压力脉动,当脉动的气柱遇到弯头、三通、异径管等时就形成激振力。当激发频率与气柱固有频率(通常是多个)之一相等或相近时,就会激发气柱形成强烈的脉动,称为气柱共振。如果激发频率与管段的固有频率相等或相近,此时气柱处于共振状态的长度称为共振管长。
  
  1.3  机械振动系统分析
  
  由管道、管道附件、容器、支架等构成,受到激发后产生机械振动响应,即通常所说的管道振动。当激发力的频率与管道结构系统的固有频率之一相等或相近时,就形成了机械共振,此时出现最大的振动幅度。
  
  当激发频率、气柱固有频率、管道结构固有频率三者相等或相近时,出现最严重的管道振动。
  
  2  管道减振措施
  
  往复活塞式压缩机气流脉动无法避免,故管道振动也无法避免,我们要尽可能地把振动控制在一定范围,保证管系长周期使用不破坏。在采取管道减振措施时切忌不作任何分析盲目减振,不但效果不好,而且有可能加速管道的失效。如表一所示针对不同的原因采取不同的减振措施。
  
  减振方法应用场合减振技巧与注意事项
  增设管架(a)激振力大引起振动1、管架尽可能增设在振幅最大处。
  (b)机械共振2、在靠近弯头的两端,在接近三通交叉处的三个支管上均应设置管卡。不可只在某
  (c)a+b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。
  4、根据激振力产生方向设计管架的强度与刚度。
  5、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。
  6、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察。
  增设孔板气流脉动大引起振动1、孔板尺寸:开口比d/D=0.43~0.5,厚度h=3~5mm。2、孔板内孔无倒角。
  3、容器前管道振动,孔板加在靠近容器前法兰处;容器后管道振动,孔板加在靠近
  容器后法兰处。
  设计改造(a)弯头过多等引起激振1、尽可能缩短管长,宋减少弯头与异径管等数量,减少激振力。
  管道力过大2、避开共振管长。
  (b) 气柱共振3、采用较大的管道转弯曲率半径,增大脉动的阻尼作用。
  (c) 机械共振4、可通过增设管架或增大管道直径或厚度(但必须保证强度与工艺要求)增大管系
  (d) a+b+c或两两相加刚度、质量来改变机械振动频率。
  增设缓冲器气流脉动大引起振动1、要有安装与检修空间。2、缓冲器离气缸越近越好。3、缓冲器容积足够大(参考有关专者计算)。
  增设声学滤波器气流脉动大引起振动1、容器公称直径D">为4倍管道内径d。2、容器长度L为12~16d。3、带孔管的流通截面积等于或大于进气管的流通截面积。
      4、带孔管上小孔的孔径为带孔管直径的1/4,孔间距离为带孔管直径的1/3。
  以上方法综合使用以上多种因素引起振动1、通过分析计算找出引起振动的主要因素重点处理,再综合采取其它方法。
  其它
      (a)管道根部经常裂纹1、若采取一系列消振措施仍然有一定振动或由条件限制而振动难以消除时,在管道根部增加筋板,降低根部局部应力,逐渐释放振动应力。此方法对异径三通或小管道避免振动裂纹效果较好。
  (b)备用设备管道振动1、备用设备管道振动是由于具有盲管段,通过增设阀门切断盲管段气柱可彻底消除振动.
  
  3  结束语
  
  采取以上减振措施后,湖南金信化工有限责任公司合成氨系统的9台大型压缩机的管道振动问题取得了良好的效果,很少由于管道振动而产生管道裂纹。为压缩机的长周期安全稳定运行打下了良好的基础,每年为该公司挽回了上百万元的经济损失。

来源:中国电站集控运行技术网
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