程 虹

福陸（中國）工程建設有限公司 （上海 201103）

工作研究

往復式壓縮機配管設計

程 虹

福陸（中國）工程建設有限公司 （上海 201103）

結合具體工程實例，從設備平面布置、主要工藝管線和輔助系統(tǒng)管線的設計及支架設置等方面，介紹了往復式壓縮機的配管設計，并具體分析了幾種防振支架。

往復式壓縮機 設備布置 管道設計 防振支架類型

泰國計劃2012年開始實施歐Ⅳ燃油標準，該標準要求將汽油和柴油中最大硫含量控制在50μg/ mL內。在此前提下，雪佛龍公司（Chevron）旗下所屬泰國星石油煉制公司（StarPetroleumRefiningCompany，以下簡稱SPRC）決定升級一系列煉油裝置，以生產(chǎn)滿足歐Ⅳ燃油標準的汽、柴油。本文的項目研究背景便是其中之一——位于泰國麥普塔普特（Map TaPhut）的新建汽油加氫裝置。

該裝置中循環(huán)氣體壓縮機（以下簡稱壓縮機）采用往復式，型號選用通用-新比龍（GE-NuoVo Pignone）生產(chǎn)的SOP系列，四缸、雙作用、單級壓縮。其主要技術參數(shù)如下：（1）正常工況下設計處理量：45284.0Nm3/h；（2）吸入壓力：14.64kg/cm2；（3）出口壓力：24.28kg/cm2；（4）轉速：333r/min；（5）驅動類型：電機；（6）電機功率：1342kW；（7）入口緩沖罐數(shù)量：2；（8）入口緩沖罐尺寸：?660mm×2532 mm；（9）出口緩沖罐數(shù)量：2；（10）出口緩沖罐尺寸：?786mm×1908mm；（11）吸入口溫度：45℃；（12）出口溫度：98℃。

1 流程簡介

從氨吸收塔頂部出來的循環(huán)氫氣體,經(jīng)循環(huán)氫氣液分離罐（15C205）后，大部分氣體自罐頂輸送至循環(huán)氫壓縮機（15K201A、15K201B）入口。這部分氣體的工藝介質主要是氫氣，含部分C1、C2、C3等烴類和極少量重組分。對管道的工藝要求為無低袋，采用電伴熱。循環(huán)氫壓縮機出口氣體送回至加氫脫硫反應器，同時有反飛動線連接至反應物空冷器前。正常工況時，兩臺壓縮機同時運行。壓縮機進出口管道由小口徑跨線連接。出口管道設有安全閥，事故狀態(tài)時氣體排放火炬系統(tǒng)。

具體流程見圖1。

2 設備布置

2.1 壓縮機布置

壓縮機的布置方式分露天布置、半露天布置和廠房內布置三種。壓縮機區(qū)域和反應、分餾等其他工藝區(qū)域的間距要求必須完全符合泰國國家標準TAS-01-A5。結合裝置規(guī)模并征詢SPRC對新舊裝置一致性的意見，決定將兩臺壓縮機東西向并排露天布置，電機端設在南面。根據(jù)廠商提供的初步設備尺寸，在三維模型中進行設備外形、壓縮機活塞抽出空間、維修空間、操作通道、儀表盤占位等一系列模擬，充分考慮檢、維修和操作需要后，最終決定兩臺設備中心間距為12m。壓縮機北面設有裝置主管廊。管廊下方的檢、維修通道可用于叉車行走。壓縮機的幾個附屬設備，如潤滑油包、冷卻水系統(tǒng)循環(huán)包，本著便于維修、就近布置的原則，設置在主管廊與壓縮機之間。其中所用的冷卻器抽芯空間朝向主管廊，可利用主管廊下檢維修通道運去修理廠維修。入口分液罐位于壓縮機和主管廊之間。壓縮機區(qū)東面布置有裝置其他設備和容器，南面是4.5m維修道路、可用于吊車行走，西面是7.8m的廠區(qū)主通道。

2.2 平臺設置

壓縮機四周設操作平臺。根據(jù)雪佛龍公司的設計安全規(guī)定，設備四周通道寬度不應小于762mm，在設計初期考慮將來有儀表占位，將平臺寬度適當加大。為避免傳振，操作平臺立柱與壓縮機基礎嚴格分開。因入口管線無低袋的工藝要求，同時考慮到壓縮機入口過濾器的檢、維修，在壓縮機北面與入口緩沖罐之間加設了操作平臺，該平臺下地面層安放潤滑油包，中間設有一層管廊，用于架設壓縮機所需工藝和公用工程管線，平臺高度比壓縮機四周平臺高1.75m。兩處平臺中心由跨橋連通，并各自有直梯或斜梯通向地面。設備布置平面圖見圖2。

3 管道布置

3.1 主要工藝管線布置

主要工藝管線布置的基本原則是：兩臺壓縮機進、出口管道對稱布置；盡可能減少管道阻力降，避免或減緩管系振動；在滿足應力分析和防振設計條件下，壓縮機進出口管道盡量短而直，并減少彎頭數(shù)量；管道和閥門布置不妨礙設備檢修且便于操作。

進口管線沿壓縮機北面操作平臺四周水平布置，入口閥門、過濾器、壓力變送器、溫度計等均可在平臺上進行操作、拆卸和維修。進口管線上的支架設置在混凝土柱子頂端。出口管線沿地面敷設在地面管墩上。為滿足安全閥進出口自流的工藝要求，出口管線上的安全閥架設在裝置主管廊頂部。

為避免因管徑突然改變造成振動，對進出口管道上DN50以下的分支管，包括儀表元件、排凝、吹掃和放空接頭等，作如下規(guī)定：（1）支管處均先變徑為DN50，采用異徑三通或加強管接頭連接，再經(jīng)異徑短接變徑到所需尺寸；（2）支管短接處管道表號不小于SCH160；（3）放空和排凝處盡量減少分支管長度。具體見圖3。

3.2 輔助工藝管線布置

潤滑油管系全部采用不銹鋼材質法蘭連接并分段組裝，主管的末端用法蘭、法蘭蓋密封；供油主管與回油主管分別布置在靠近機組底座的兩側，利用壓縮機北面操作平臺下的管廊與潤滑油包相連接；回油主管沿流動方向有5%的坡度坡向油箱，回油支管與主管采用沿順流方向45°斜接；各回油支管靠近機組處均設置視鏡和溫度計，便于觀察回油情況并了解各軸承溫度的變化。

置換用的氮氣管道閥門組設置在地面層，靠兩臺壓縮機中部操作平臺樓梯兩邊鏡像對稱布置；壓縮機各段冷卻器的給排水管道總管均布置在機組底座基礎兩側，因是有壓回水，回水管道上的視鏡設計安裝在壓縮機平臺可觀察處；放空管道均引至北面裝置主管廊頂部平臺3m以上放空；在壓縮機區(qū)地面和平臺上共設置三處公用工程站；根據(jù)SPRC要求，在排凝管下設置漏斗，敷設埋地管道，按不同要求引入含油污水罐或含氨污水罐。

4 支架設置

往復式壓縮機的間歇吸入和排出會產(chǎn)生氣體的壓力脈動，壓縮機本體的機械不平衡也會引起振動。管系振動會引起管系和管架的疲勞損壞、構筑物誘發(fā)振動以及噪聲等。根據(jù)往復式壓縮機的上述特點，支架設計的重點應放在防振上。通過應力分析，在確保應力和反力在允許范圍內的前提下，主要采用限制和適當加大管道支架剛性的方式，增加支架數(shù)量，減緩氣體壓力脈動。通過合理設置導向支架和管卡，達到既要抗振、又不妨礙管道熱位移的目的。供應商根據(jù)壓縮機的設計參數(shù)，建議將其機械設備的激振頻率初步按16.65Hz考慮，同時按表1來考慮管道支架最大間距，以保證管系的固有頻率高于機械設備的激振頻率至少1.5倍。為避免管道的機械振動固有頻率、機械設備的振動頻率、氣體管道的音響頻率互相重合，設計后期將設備圖紙、管道軸視圖、設備平面布置圖交付第三方，委托其作整體振動分析。這是工程設計中的常規(guī)做法，第三方提出的整改建議通常是增加管道固定點和增設孔板，比如在壓縮機出口設置孔板，降低孔板后管道內介質壓力峰值，從而達到降低壓力不均勻度、減緩管道振動等目的。普通支架可以在某種程度上起到防振作用，但普遍效果不佳，并且會降低或限制管系的熱補償能力。在管道支架的防振設置上，因減振墊的使用效果很好，近幾年已在北美各工程公司廣泛推廣。其中推廣較多的制造商為Fabreeka International和GERB Vibration Control System兩家公司。減振墊在工業(yè)界使用已經(jīng)超過70年，在設備機械上，主要用于重型機具的基礎隔離，避免基礎受到?jīng)_擊與震動，進而防止混凝土基礎龜裂與剝落，從而延長機具與基礎結構的使用壽命。在土建結構上，可用作處理混凝土不規(guī)則表面與鋼結構體因承載產(chǎn)生的轉動或載重面不平行的問題。減振墊是一種多層、布料強化的彈性墊板，一方面其具有的高阻尼特性，可降低振動頻率；另一方面其作為隔絕震動的承壓墊板，可有效吸收振動沖擊并降低結構噪音。減振墊在正常情況下可承載844kg/cm2的壓力，但其承載能力亦取決于墊板的尺寸與厚度，可根據(jù)不同情況靈活選用。

在這次壓縮機區(qū)設計中，采用的防振支架主要有以下幾種類型：

（1）防振管墊

防振管墊用在不保溫管道、保溫管托或假管管托下方，由聚四氟乙烯墊、減振墊和鋼板粘合在一起，也可采用鋼板、減振墊和鋼板粘合在一起的方式，下層鋼板和支撐結構焊接在一起。若管道材質為不銹鋼時，上層鋼板則相應替換為不銹鋼板，以防止?jié)B碳。使用這種型式的防振管墊，管子和支架仍然是鋼對鋼接觸，因此摩擦系數(shù)可按正常（0.3）來考慮。如上層鋼板使用拋光不銹鋼板，還可將摩擦系數(shù)進一步降低為0.1。

防振管墊在使用時，根據(jù)管徑大小剪裁成不同尺寸，并可同時與導向支架、止推支架組合使用，起到限制管道位移的作用。見圖4。

（2）防振管卡

卡箍由金屬帶制成，內襯2mm厚聚四氟乙烯板。管道下采用鋼板和減振墊粘合在一起的方式，亦可與防振管墊結合在一起使用。緊固件由單頭全螺紋螺柱、雙螺母下加隔離墊圈組成，其中螺柱端頭和支撐結構焊接在一起。

防振管卡在選用時可跟據(jù)管徑大小選用不同寬度的金屬帶，緊固件也可增加為四組（一邊兩組）。

防振管卡是傳統(tǒng)的防振措施之一，能有效控制管系高頻率強迫振動，在允許管道有一定的軸向位移的同時，對管道施加了較大的剛性約束?，F(xiàn)在的防振管卡更進一步加以改良，保證管道與管卡的充分接觸，增加了支架對管道的阻尼作用。見圖5。

（3）門型防振限位

由型鋼組成門型，將管道上下卡緊。緊固件由單頭全螺紋螺柱、螺母、墊圈組成，其中墊圈是由6mm厚墊片和12mm厚減振墊粘合而成。保溫管道上下加保溫管托以保護保溫層，不保溫管道下方加設減振管墊。可跟據(jù)管徑大小選用不同規(guī)格的型鋼。DN50以下的小口徑管道，可直接用單頭全螺紋螺柱替代門型支腿。和防振管卡比較，門型防振支架可承受更大的推力，但所需占位空間較大。在此次設計中，因壓縮機入口管道所處操作平臺空間足夠，所以入口管道上廣泛采用了門型防振支架。見圖6。

（4）支管筋板加強

與振動管道直接相連的支管、放空管、排凈管，由于管道的振動會直接傳遞給這些小管線，容易引起共振。因此在支架設置上，均采用筋板加強的方式，與振動管道固定在一起。這種做法比較傳統(tǒng)，在此不再詳細介紹。見圖7。

5 結語

往復式壓縮機的配管重點著眼于防振，從管道布置、支架設置等方面來考慮，只要采取充分的防振措施，便為壓縮機的順利運轉打下了堅實的基礎。

SPRC公司該加氫脫硫裝置2008年11月開始初步設計，2009年9月開始施工圖設計，2012年3月竣工投產(chǎn)，為期三年多。目前，該設備目前運轉良好，順利實現(xiàn)了預期目標。

Piping Design of Reciprocating Compressor

Cheng Hong

With a specific engineering example,introduced the piping design of reciprocating compressor from the aspects of equipment layout,main process line arrangement,auxiliary system piping arrangement and support setting,and then analyzed several anti-vibration supports in detail.

Reciprocating compressor; Equipment layout;Piping design; Type of anti-vibration support

（略）

TE 964

2014年5月

程虹 女 1972年生 本科 工程師 長期從事石油化工管道設計工作