丁二烯压缩机管路振动的分析和处理

　　4L-20/8型往复式压缩机在石油化工厂中应用较普遍,该压缩机在使用过程中,出口管路易发生严重的超常振动,并会引起出口管线管路振断、设备地脚螺栓振裂等恶性事故。因此,对合成橡胶厂两台丁二烯压缩机的管系气体动力特性以及管道结构进行分析,同时参考化肥厂同型号压缩机的维护和检修方案,采取了可行的消振方法,解决了现场管路振动问题。

　　1　压缩机出口管线及振动状况

　　两台丁二烯压缩机的吸入压力为常压,一级排气压力为0.1～0.2Mpa,二级排气压力为0.3～0.4Mpa,压缩机转速为400rpm,吸入温度为25℃,排出温度为65℃,两机并联,互为备用,出口管路如图1。

　　对4L-20/8来说,其单机正常运转时的曲轴转速n=386rpm,根据加拿大政府CPA/MS/NVSH107“用于维修的振动位移极限值(P-P)表”进行判断,压缩机及管路系统的危险双振幅为802um,正常双振幅为198um。

　　2　管道气体动力特性

　　2.1　气流脉动

　　压缩机管路系统中的流体被视为气柱。而气柱既是可压缩、膨胀的弹性体,又具有一定质量,这样气柱自身就成为一个质量—弹簧体系。由于往复式压缩机吸排气的间歇性,造成丁二烯气流的压力和速度呈周期性变化。这种变化被称为气流脉动。压缩机对管路周期性地吸排气时,气柱系统就会受到激发而受迫振动。

　　2.2　气柱固有频率

　　丁二烯管路系统一端与压缩机出口相连,一端与冷却器相连,可视为一端开口(脉动压力为零)一端闭口(脉动速度为零)的管路,其固有频率为:fg=iC/4L(I=1,3,5……)(HZ)

　　式中:C气体声速C=(KRT)^1/2(m/s)

　　L气体柱长度,即管路长度(m),测L=36m

　　K:等熵指数查K=1.1

　　R:气体常数查R=148

　　T:管路中绝对温度T=273+65=338(K)

　　C=(KRT)^1/2=(1.1×148×338)^1/2=235(m/s)

　　固有频率:fg=1×235/(4×36)=1.6(HZ)二阶固有频率:fg=3×235/(4×36)=4.9(HZ)

　　3　管路结构的固有频率

　　由于压缩机管路具有一定质量,同时支撑的地面又具有一定的弹性,因而将压缩机管路振动系统转化为质量—弹簧系统来考虑。当脉动的丁二烯气流遇到管路的弯头、异径管以及闸阀等管路元件时,就会形成激振力,从而使管路结构产生受迫振动。当激光发频率与管路结构固有频率相同或相近时,管路就会产生共振。为了便于分析,我们分别将刚性支承之间的管路(振幅最大处)作为子系统来分析,利用简单的公式进行估算,分析其振动的原因。

　　3.1　支承AB之间水平管路振动频率的计算(管路图见图1)