化工用往復(fù)式壓縮機(jī)配管設(shè)計(jì)研究

劉洪濤(大慶石化工程有限公司,黑龍江 大慶 163714)

化工用往復(fù)式壓縮機(jī)配管設(shè)計(jì)研究

劉洪濤(大慶石化工程有限公司,黑龍江 大慶 163714)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得了目前化工生產(chǎn)過程中所使用到的設(shè)備更加先進(jìn)，這在保證化工產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的同時(shí)，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，對(duì)于促進(jìn)我國化工行業(yè)的更好發(fā)展起著非常積極的作用。在化工行業(yè)的生產(chǎn)過中，往復(fù)式壓縮機(jī)是非常重要的組成部分，并且經(jīng)常需要被使用到。而往復(fù)式壓縮機(jī)配管設(shè)計(jì)工作的好壞，直接影響著往復(fù)式壓縮機(jī)的工作效率，從而進(jìn)一步影響到了化工企業(yè)的生產(chǎn)效率和效益。因此，作為相關(guān)人員，需要對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)的配管設(shè)計(jì)工作給予足夠的重視，在今后的設(shè)計(jì)工作中，做好相應(yīng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以確保往復(fù)式壓縮機(jī)的配管設(shè)計(jì)工作做得更好，最終為化工用往復(fù)式壓縮機(jī)能夠更好地運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?；诖?，本文主要對(duì)化工用往復(fù)式壓縮機(jī)配管設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究和分析，以供相關(guān)人士參考。

化工企業(yè);往復(fù)式壓縮機(jī);配管設(shè)計(jì)

在化工企業(yè)的生產(chǎn)和運(yùn)行過程中，往復(fù)式壓縮機(jī)是非常重要的組成部件。對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī)的管道，是輸送各種物質(zhì)的基礎(chǔ)，其配管設(shè)計(jì)的安全性和穩(wěn)定性直接影響著整個(gè)化工企業(yè)的正常生產(chǎn)和運(yùn)行。因此，對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī)，做好其相應(yīng)的配管設(shè)計(jì)工作意義重大。特別是在目前更加注重生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全的環(huán)境之下，做好化工用往復(fù)式壓縮機(jī)配管設(shè)計(jì)對(duì)于促進(jìn)化工企業(yè)的更好發(fā)展有著非常積極的作用。

1 關(guān)于管道設(shè)計(jì)要求的概述

對(duì)于多種設(shè)備的設(shè)計(jì)而言，都是需要依據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)可能是國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)程度可能細(xì)致到一個(gè)螺絲釘?shù)倪x材，管道的設(shè)計(jì)同樣具有一定的標(biāo)準(zhǔn)約束，這些標(biāo)準(zhǔn)成為管道設(shè)計(jì)和使用的依據(jù)?；ば袠I(yè)各種設(shè)備要求與其他行業(yè)不同，主要是由于化工行業(yè)的使用環(huán)境相比于普通設(shè)備更加惡劣，經(jīng)常需要在高溫高壓或者高腐蝕等惡劣情況下長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備。因此化工用設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)要求也更高。從管道的設(shè)計(jì)工作開始，需要符合管道相關(guān)的各種設(shè)備接口，管道測(cè)試需求和使用工況需求，并對(duì)管道工作過程中的強(qiáng)度、震動(dòng)和膨脹位移等進(jìn)行分析，相應(yīng)的抗震和抗風(fēng)級(jí)別也需要進(jìn)行評(píng)估，這些都是為了管道能夠穩(wěn)定工作做的鋪墊。

管道的設(shè)計(jì)工作是管道正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，管道的后續(xù)施工、運(yùn)行、維護(hù)也是影響管道正常運(yùn)行和使用壽命的關(guān)鍵，對(duì)于管道的運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性將產(chǎn)生巨大的影響。施工中管道將分為空中架設(shè)和地下掩埋的模式進(jìn)行鋪設(shè)，將根據(jù)工作工況等環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)性條件進(jìn)行選擇。從規(guī)模上講，那些大中型規(guī)模的管道多數(shù)利用空中架設(shè)的方式，但是管道的運(yùn)輸距離不會(huì)過長，而對(duì)于距離較長的管道則趨向于選擇地下掩埋的方式減少對(duì)地面空間的影響。

管道在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)充分考慮到了運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和可操作性，即使在設(shè)計(jì)階段也應(yīng)該充分考慮未來施工中可能遇到的問題，管道的施工需要進(jìn)行長期的規(guī)劃和工期安排，只有保證管道的施工質(zhì)量才能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，完成標(biāo)準(zhǔn)約束的管道質(zhì)量要求，并為后續(xù)的運(yùn)行和維護(hù)工作做好基礎(chǔ)。很多管道系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分需要經(jīng)過特殊工藝處理，對(duì)于管道鋪設(shè)的空間中應(yīng)該做好整體規(guī)劃，減少對(duì)空間中其余設(shè)備或裝置的干擾。

2 往復(fù)式壓縮機(jī)故障的種類及原因

往復(fù)壓縮機(jī)擁有相對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)組織、內(nèi)部部件極其容易損耗，導(dǎo)致故障的經(jīng)常性出現(xiàn)。因此往復(fù)壓縮機(jī)會(huì)由于各種原因出現(xiàn)非正常停機(jī)狀況。導(dǎo)致這種狀況出現(xiàn)的原因中，氣閥、填料密封、活塞環(huán)是最容易導(dǎo)致往復(fù)式壓縮機(jī)出現(xiàn)工作故障的三個(gè)主要部件，但是同時(shí)曲軸、連桿、十字頭、活塞桿等依靠動(dòng)力傳動(dòng)的部件出現(xiàn)事故的可能性較弱，但是一旦出現(xiàn)問題，都會(huì)釀成不可預(yù)估的后果。往復(fù)式壓縮機(jī)組在日常生產(chǎn)過程中，熱力學(xué)特征出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常的問題，是整個(gè)壓縮機(jī)組出現(xiàn)問題的重要原因之一。在設(shè)備的運(yùn)行過程中，氣缸的吸氣和排氣功能出現(xiàn)障礙導(dǎo)致吸氣或排氣的不順、排氣過程中溫度過高、排氣總量低于正常數(shù)值、壓力比產(chǎn)生較大變化等一系列問題，甚至在某些機(jī)械的故障中，表現(xiàn)之一也是熱力學(xué)參數(shù)異常。如下圖所示為往復(fù)式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)圖：

2.1 熱力性能引起的往復(fù)式壓縮機(jī)故障

伴隨往復(fù)式壓縮機(jī)使用次數(shù)增多，使用時(shí)間增加，壓縮機(jī)工作狀態(tài)下可能會(huì)出現(xiàn)排氣量減小、熱力系統(tǒng)內(nèi)部的溫度和壓力數(shù)值變化超出正常范圍等情況。其中，排氣量不足的問題可能是由于往復(fù)式壓縮機(jī)的熱力系統(tǒng)或是氣閥等出現(xiàn)設(shè)備異常，或者排氣管道路線發(fā)生泄漏情況；而熱力系統(tǒng)內(nèi)部的壓力變化超過普通情況下的數(shù)值變化范圍，可能是壓力表被損壞、油路存在異物或是水壓出現(xiàn)問題等情況造成，熱力系統(tǒng)內(nèi)部溫度數(shù)值的變化超過普通狀態(tài)下數(shù)值變化范圍，可能由于氣缸上端出現(xiàn)裂縫、氣閥的氣密性下降等一些列情況造成。針對(duì)以上問題以及出現(xiàn)問題的原因，相關(guān)技術(shù)工作者必須對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)的熱力系統(tǒng)的氣閥、活塞組件、氣缸等零部件進(jìn)行氣密性監(jiān)測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果采取相應(yīng)措施來修復(fù)機(jī)器使之重新繼續(xù)正常工作。

2.2 機(jī)械功能引起的往復(fù)式壓縮機(jī)故障

往復(fù)式壓縮機(jī)隨著使用時(shí)長的加長，其零部件的功能會(huì)有部分損耗，嚴(yán)重的甚至影響機(jī)器的正常工作使用，很難發(fā)揮往復(fù)式壓縮機(jī)的正常作用，也不利于企業(yè)的大量生產(chǎn)創(chuàng)新工作的進(jìn)一步開展，對(duì)企業(yè)的效率提升及效益創(chuàng)收產(chǎn)生很大消極影響。

2.3 振動(dòng)引起的往復(fù)式壓縮機(jī)故障

如果壓縮機(jī)內(nèi)部機(jī)械零件磨損過于嚴(yán)重，那么在工作過程中會(huì)出現(xiàn)異常的振動(dòng)情況，異常響聲是由于閥組的穆筍過于嚴(yán)重以及活塞出現(xiàn)一系列故障造成；往復(fù)式壓縮機(jī)一旦出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，極有可能是由于機(jī)器設(shè)備連續(xù)使用過長時(shí)間，導(dǎo)致設(shè)備散熱不均，氣缸、活塞桿等會(huì)相應(yīng)出現(xiàn)發(fā)燙現(xiàn)象。

3 管道設(shè)計(jì)在往復(fù)式壓縮機(jī)中的具體應(yīng)用

化工中經(jīng)常用到的一個(gè)設(shè)備就是往復(fù)式壓縮機(jī)，該設(shè)備通過往復(fù)運(yùn)作產(chǎn)生間歇性的吸入和排出動(dòng)作，從而壓縮氣體形成壓力脈動(dòng)，由于整個(gè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程會(huì)引起設(shè)備本身的震動(dòng)，加之壓縮氣體所形成的震動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致管道震動(dòng)的幅度加大，這些震動(dòng)的不斷累積最終將影響管道上所連接的儀表和設(shè)備接口。因此必須采取措施防止管道在震動(dòng)過程中破裂或出現(xiàn)斷口，可以通過緩沖罐或者孔板來釋放一部分壓力脈動(dòng)，幫助管道減輕脈動(dòng)幅度。

為了能夠降低壓縮機(jī)本身在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的震動(dòng)，可以通過加強(qiáng)壓縮機(jī)固定裝置，或者減少管道的彎頭，并增大彎頭的曲率半徑，于此同時(shí)還可以合理設(shè)計(jì)壓縮機(jī)本身的減震結(jié)構(gòu)，來消除壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)的震動(dòng)。但是這部分減弱對(duì)于整體來講仍然不足，還需要額外對(duì)壓縮機(jī)形成的氣壓脈動(dòng)進(jìn)行削弱才能夠保護(hù)管道。

為了保護(hù)往復(fù)式壓縮機(jī)的管道穩(wěn)定性，需要對(duì)管道支架繼續(xù)獨(dú)立設(shè)計(jì)，不能與壓縮機(jī)或者其他設(shè)備公用，震動(dòng)會(huì)在不同的設(shè)備之間相互傳播，這樣不利于減少往復(fù)式壓縮機(jī)的管道震動(dòng)，對(duì)其他設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生影響。在管道的剛性支承上應(yīng)該選擇鋼筋混凝土作為基礎(chǔ)，并降低現(xiàn)有的支架高度以減少震動(dòng)力矩。

但是基于互相聯(lián)系的設(shè)備會(huì)產(chǎn)生共振，那么就必須了解壓縮機(jī)的固有頻率，避免這種共振的產(chǎn)生需要將吸入孔和排出口盡量接近放空口或放凈閥管道，壓力表的到導(dǎo)壓管加厚也會(huì)起到一定作用。

此外還需要避免冷凝液體流入壓縮機(jī)氣缸，可以在容易發(fā)生危險(xiǎn)的管口前方設(shè)置吸入罐或凝液分離罐，這樣就能夠去掉冷凝液體。往復(fù)式壓縮機(jī)通常會(huì)將入口管的直徑設(shè)計(jì)的很大，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮會(huì)浪費(fèi)材料。當(dāng)然若吸入管道過長也會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)的功率下降，因此需要將往復(fù)式壓縮機(jī)的入口管道縮短并減少彎頭，冷凝液分離裝置也應(yīng)該設(shè)計(jì)在壓縮機(jī)吸入口處。

需要注意的是并非所有的往復(fù)式壓縮機(jī)都需要增加防止冷凝回流系統(tǒng)，應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)是保證不會(huì)再壓縮機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)冷凝液體回流。如果壓縮機(jī)的出口是飽和狀態(tài)，就必須安裝防止冷凝回流裝置，并設(shè)計(jì)止回閥作為保障。若壓縮機(jī)的出口狀態(tài)相反，那么就需要將排出氣體中的潤滑油分離開，此時(shí)就可以不設(shè)置防止冷凝回流裝置，而是將分離潤滑油的分離器取而代之。

此外進(jìn)行往復(fù)式壓縮機(jī)管道的設(shè)計(jì)時(shí)，為了減少后續(xù)維護(hù)工作中的阻礙，還應(yīng)該將管道的空間布局進(jìn)行詳細(xì)的推敲。如當(dāng)進(jìn)行往復(fù)式壓縮機(jī)維修時(shí)，很多需要打開的部件附近避免設(shè)置管道，還有一些需要經(jīng)常開啟的部位，以及一些需要更換或者轉(zhuǎn)移的設(shè)備，這些都應(yīng)該留出充足的空間，這樣才能夠不影響管道和設(shè)備的操作和檢修。

壓縮機(jī)的使用過程中還需要利用水冷卻，這些冷卻器不僅擔(dān)負(fù)著壓縮機(jī)本身的冷卻還需要考慮壓縮氣體的冷卻，可以考慮將不同需求統(tǒng)一起來利用一個(gè)冷卻器進(jìn)行冷卻，這樣可以有效減少設(shè)備，簡化施工內(nèi)容，也能夠滿足使用需求。

4 往復(fù)式壓縮機(jī)的配管系統(tǒng)

4.1 配管

配管的直徑、壁厚和材質(zhì)要考慮管內(nèi)壓力，氣體性狀及允許壓降來決定。配管設(shè)計(jì)避免共振管長，同時(shí)充分校核配管的支撐位置及固定方法，使其受到外來的強(qiáng)制力時(shí)不共振。

4.2 脈動(dòng)壓力緩沖罐

盡可能在靠近氣缸吸入、排出的地方減少壓縮機(jī)的壓力脈動(dòng)很重要，為此設(shè)置緩沖罐是有效的。

緩沖罐的效果不僅隨容積，而且還隨它的安裝位置有很大變化，必須在充分檢查其前后配管形狀的情況下進(jìn)行經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)。

4.3 冷卻器

壓縮機(jī)的冷卻器在低壓時(shí)多使用管殼式的。高壓時(shí)一般使用盤管式和套管式。冷卻器是由壓縮機(jī)規(guī)格決定的，必須將盤管式或套管式冷卻器作為排出配管的一部分，校核共振管長，拐彎位置和固定點(diǎn)。管殼式冷卻器的緩沖效果大，如安裝位置合適也有作為緩沖罐的效果。

4.4 凝液分離器

其設(shè)置目的是為了使壓縮氣體中的凝液、內(nèi)部油，通過氣缸的塵埃之尖不送到下段氣缸或工藝部分。凝液分離器有各種形式，不論采用哪種罐都是有效用的，如果其容積和安裝位置考慮得合適，也可作為緩沖罐用。

5 結(jié)語

綜上所述，由于化工用往復(fù)式壓縮機(jī)存在著使用危險(xiǎn)性較高、對(duì)于促進(jìn)生產(chǎn)作用之大，需要相關(guān)人員對(duì)于其配管設(shè)計(jì)工作給予足夠的重視。作為相關(guān)的設(shè)計(jì)人員，需要不斷學(xué)習(xí)和總結(jié)相應(yīng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)工作，從而確保在今后的工作過程中能夠?qū)⒒び猛鶑?fù)式壓縮機(jī)的配管設(shè)計(jì)工作做得更好。這樣不僅能夠確保給化工企業(yè)的生產(chǎn)和運(yùn)行提供更加安全、可靠的環(huán)境，同時(shí)還能進(jìn)一步提高化工企業(yè)生產(chǎn)效率和運(yùn)行效益，最終確保其在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中能夠獲得更好的發(fā)展。

[1]曾仁強(qiáng).淺談往復(fù)式壓縮機(jī)安裝要點(diǎn)及質(zhì)量控制[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量.2013（11）.

[2]趙祺海，孫小紅.化工用往復(fù)式壓縮機(jī)配管設(shè)計(jì)探索[J].中國化工貿(mào)易，2015，7（16）.

劉洪濤（1983-）,男.漢族,黑龍江省大慶市,機(jī)械工程師,大學(xué)本科,大慶石化工程有限公司.科室:機(jī)械設(shè)備室.研究方向:轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備:例如壓縮機(jī),造粒機(jī),機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備,風(fēng)送系統(tǒng),包裝碼垛系統(tǒng),等等