王洋，郭文蕊

（1.連云港沃利帕森工程技術(shù)有限公司天津分公司，天津300000，2.天津市成晟石化技術(shù)有限公司，天津300000）

壓縮機(jī)配管的設(shè)計(jì)原則

王洋1，郭文蕊2

（1.連云港沃利帕森工程技術(shù)有限公司天津分公司，天津300000，2.天津市成晟石化技術(shù)有限公司，天津300000）

簡(jiǎn)要介紹了化工工程設(shè)計(jì)中壓縮機(jī)的分類，并介紹了離心式壓縮機(jī)往復(fù)式壓縮機(jī)的各自不同特點(diǎn)及其應(yīng)用場(chǎng)所。提出壓縮機(jī)配管的概括技術(shù)總結(jié)，并指出包括其他設(shè)備（換熱器，泵，塔，反應(yīng)器等）的配管設(shè)計(jì)原則，在設(shè)計(jì)理念上的統(tǒng)一性，并指出設(shè)計(jì)人員不斷積累經(jīng)驗(yàn)、提升水平，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵。

壓縮機(jī)；管道布；配管置；檢修

1 壓縮機(jī)的介紹

在工程中，壓縮機(jī)是用來提高氣體壓力和輸送氣體的機(jī)械設(shè)備。壓縮機(jī)在石油，化工，電力，食品等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，由于壓縮機(jī)在工程中的應(yīng)用不同，可以作為動(dòng)力壓縮機(jī)，氣體輸送用壓縮機(jī)，制冷和氣體分離用壓縮機(jī)，石油化工用壓縮機(jī)等等。壓縮機(jī)按照結(jié)構(gòu)分類可分為容積式和速度式，其中尤以速度式中的離心式壓縮機(jī)和容積式中往復(fù)式壓縮機(jī)應(yīng)用較為廣泛，以下討論僅限于這兩類壓縮機(jī)。

1.1 離心式壓縮機(jī)的適用性最廣泛[1]

離心式壓縮機(jī)是介質(zhì)通過轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪產(chǎn)生的離心力從而給介質(zhì)加壓的設(shè)備。離心壓縮機(jī)是靠轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的速度型壓縮機(jī)，和其他類型的壓縮機(jī)比較優(yōu)缺點(diǎn)，分別為：

優(yōu)點(diǎn)：（1）壓縮機(jī)排出氣體壓力大，無脈沖，均勻；（2）運(yùn)轉(zhuǎn)速度高；（3）壓縮機(jī)不需潤(rùn)滑；（4）具備平坦性能曲線，操作和應(yīng)用的范圍大；（5）密封嚴(yán)，泄露少；（6）易成為大型化和自控化；（7）磨損件少，維修少，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期長(zhǎng)。

缺點(diǎn)：（1）氣流速度快，流道內(nèi)件有較大的摩損（2）操作的融入性不好，氣體特性對(duì)操作性有比較大的干擾。在機(jī)組開停車、運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷變化率明顯（3）有喘振，對(duì)機(jī)器的傷害很大

1.2 往復(fù)式壓縮機(jī)

往復(fù)式壓縮機(jī)是靠一個(gè)或幾個(gè)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞來改變壓縮腔內(nèi)部容積的容積式壓縮機(jī)，其優(yōu)缺點(diǎn)為：

優(yōu)點(diǎn)：1）熱效率相對(duì)高、單位耗電量少2）加工易，對(duì)材料要求低，造價(jià)低3）制造技術(shù)成熟4）應(yīng)用廣泛5）裝置系統(tǒng)不復(fù)雜。

缺點(diǎn)：1)轉(zhuǎn)速被限制2）運(yùn)動(dòng)件多，檢修量大，維修費(fèi)高3)活塞環(huán)、氣缸的磨擦損失、皮帶的傳動(dòng)形式導(dǎo)致工作效率下降快4)噪聲比較大5)自控系統(tǒng)陳舊，不宜連鎖控制、不適合無人值守，所以盡管活塞機(jī)的價(jià)格相對(duì)低廉，但也常常不被用戶選用。

2 壓縮機(jī)的布置[2]

2.1 壓縮機(jī)布置的一般要求

2.1.1 壓縮機(jī)的布置形式主要有三種：露天敞開布置，半露天布置以及車間內(nèi)布置?？扇?xì)怏w對(duì)應(yīng)壓縮機(jī)應(yīng)露天及半露天布置，這樣通風(fēng)效果相對(duì)好，即便有可燃?xì)怏w的泄漏，也能及時(shí)在露天環(huán)境下迅速擴(kuò)散掉，利于防爆防火的要求。假定在嚴(yán)寒或在多風(fēng)沙地區(qū)，則宜選擇在車間內(nèi)布置，車間內(nèi)的通風(fēng)要求必須符合國(guó)家現(xiàn)有的通風(fēng)采暖的標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2 壓縮機(jī)組和其附屬設(shè)備的放置要盡量參考制造廠的建議，制造廠對(duì)于設(shè)備出廠時(shí)的圖紙中往往會(huì)有建議機(jī)組、附屬設(shè)備的建議布置圖或建議設(shè)備布置維修的空間距離，可作為參考。

2.1.3 布置在露天的壓縮機(jī)，應(yīng)盡量靠近進(jìn)口的設(shè)備，這樣能夠減少吸入管的吸入阻力，附屬設(shè)備也需盡量貼近壓縮機(jī)組布置，壓縮機(jī)的附近要考慮檢修、消防通道，機(jī)組和通道的凈距建議在5m以上。

2.1.4 如壓縮機(jī)布置在室內(nèi)，應(yīng)考慮壓縮機(jī)本身的空間，還應(yīng)滿足：1)壓縮機(jī)組與廠房墻的最小距離還要考慮壓縮機(jī)或其轉(zhuǎn)子、活塞、曲軸等的抽芯空間，建議凈距不小于2m。2)機(jī)組一側(cè)應(yīng)預(yù)留有檢修時(shí)放置機(jī)組部件的空間。其位置不僅能放置機(jī)組最大部件，還要考慮最大部件的檢修所需距離。如有需要，兩臺(tái)或多臺(tái)機(jī)組可共用一個(gè)檢修空間。3)考慮壓縮機(jī)的基礎(chǔ)，要與廠房的基礎(chǔ)離開一定的距離。

3 壓縮機(jī)的管道布置設(shè)計(jì)[3]

3.1 離心式壓縮機(jī)管道布置的一般要求

3.1.1 入口管道

1)當(dāng)壓縮機(jī)在廠房?jī)?nèi)布置的情況，對(duì)應(yīng)入口總管宜朝廠房外側(cè)，這樣可以節(jié)約用地，又利于設(shè)備安裝和檢修。壓縮機(jī)進(jìn)口不建議直連彎頭，其直管段應(yīng)至少留兩倍公稱直徑。2)為防止雜物進(jìn)入壓縮機(jī)，宜在接近入口的管道安裝一段可拆卸短管，方便安裝臨時(shí)過濾器。3)各段入口原則上都需采取氣液分離的裝置措施。如果放置氣液分離罐，則應(yīng)靠近入壓縮機(jī)口處，從分離罐到機(jī)組的入口氣體管道要考慮加坡度流向分離罐。

3.1.2 出口管道

1）壓縮機(jī)出口到氣液分離罐的管道宜盡量避免出現(xiàn)袋形；2）應(yīng)考慮噪聲的水平，需要時(shí)可設(shè)置降噪聲的措施；3）管道布置要考慮支架設(shè)計(jì)，對(duì)于離心式壓縮機(jī)一般不要求做振動(dòng)的分析，但需要進(jìn)行管路的柔性應(yīng)力分析，同時(shí)符合管口的受力需求，考慮管口熱位移；（4）壓縮機(jī)的管口不宜承受管子的自重，如需要在管口附近可設(shè)置支撐點(diǎn)，如果附近不宜設(shè)置，需要在管口附近的管道設(shè)置支撐點(diǎn)來承受管子的重量。如圖1。

圖1 壓縮機(jī)管道的支架

3.1.3 閥門

1）壓縮機(jī)進(jìn)出口的切斷閥手柄，應(yīng)考慮向著主操作面布置（如圖2），便于工人的操作開關(guān)；2）閥門的布置不能阻擋檢修的空間。閥門高度要考慮便于接近操作，最好成排集中布置，并使之在開停車操作時(shí)能看到有關(guān)就地儀表；3）當(dāng)出口管連接工藝的系統(tǒng)總管時(shí)，要考慮截至的回流，需在出口閥門前設(shè)置止回閥；4）安全閥應(yīng)布置在便于調(diào)整的位置。

3.2 往復(fù)式壓縮機(jī)管道布置的一般要求[4]

3.2.1 對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)的配管，除要求柔性分析外，還須進(jìn)行振動(dòng)分析，直到兩種分析都合格后，配管設(shè)計(jì)才認(rèn)為合格。1)緩沖器、中間冷卻器、氣液分離器應(yīng)靠近往復(fù)式壓縮機(jī)以減少管道長(zhǎng)度。2)往復(fù)式壓縮機(jī)安裝的高度要充分考慮減振系統(tǒng)的管道需要的最小的安裝凈空間。3)為了減小連接往復(fù)式壓縮機(jī)的管道的振動(dòng)，通常將吸入和排出管道敷設(shè)在管墩上。

3.2.2 出入口管道：1）上述離心式壓縮機(jī)的配管原則，也適用于往復(fù)式壓縮機(jī)；2）為使壓縮機(jī)的防振和減振的效果達(dá)到更好，需要將緩沖罐盡量靠近壓縮機(jī)進(jìn)出口布置；3）如果需要，可在設(shè)備的出入口的法蘭處裝限流孔板，降低這一段管子的不均勻壓力，有利于減震；4）支架合理的設(shè)置跨距；5）如果需要，可升高小管子的強(qiáng)度，例如增加壁厚，采用補(bǔ)強(qiáng)等措施，降低由于振動(dòng)形成的金屬疲勞；6）對(duì)有些出入口管道在能滿足管系柔性的前提下，盡量少用彎頭。必要時(shí)可采用45度彎頭斜接或使用大半徑彎頭，以減少振動(dòng)帶來的管系安全問題；7）不建議將出口管的管架設(shè)立在建筑物的梁及較小柱子上；8）出口管宜采用低架支承，增大支架剛度，得以有效地控制可能發(fā)生的機(jī)械振動(dòng)，避免采用吊架；9）管道介質(zhì)振動(dòng)以及管道固有頻率應(yīng)最好避開壓縮機(jī)的振動(dòng)頻率，避免共振。管子的固有頻率盡量應(yīng)大于8Hz；10）閥門設(shè)置應(yīng)符合前述閥門章節(jié)的要求；11）氣缸出口向下時(shí)，出口管的垂直向熱脹推力不宜大于氣缸的重量。

3.3 蒸汽管道

1）對(duì)蒸汽透平／汽輪機(jī)的蒸汽管道應(yīng)滿足制造廠提出的力和力矩的要求，并不宜采用冷拉安裝；2）特別注意排冷凝水設(shè)施的布置，充分保證其有效性和可靠性；3）對(duì)過熱蒸汽也應(yīng)考慮開停車時(shí)需排放冷凝水；4）支管連接時(shí)，應(yīng)從主管的頂部引出。

圖2 壓縮機(jī)管道立面圖1-破沫網(wǎng)；2-液面網(wǎng)；3-內(nèi)管；4-支管；5-集合管；6-潤(rùn)滑油設(shè)備；7-拆卸閥門；8-可調(diào)節(jié)彈簧墊；9－氣缸支架

3.4輔助管道

3.4.1 冷卻水管冷卻水管上的監(jiān)流器，應(yīng)布置在便于觀察水流情況的地方，防止斷流發(fā)生。

3.4.2 油路管(包括潤(rùn)滑油、密封油、洗滌油)應(yīng)根據(jù)油品性質(zhì)和使用要求配管，管道上通常需要設(shè)置油過濾器。必要時(shí)，還應(yīng)對(duì)油管進(jìn)行水冷卻或蒸汽保溫或加熱。

3.4.3 排氣及排(凝)液管：1）對(duì)短時(shí)的蒸汽排氣管，一般可直接排往大氣。排放口應(yīng)高于周圍的操作面或建構(gòu)筑物2.5m以上，以免燙傷人。可燃?xì)怏w排氣口與平臺(tái)的相對(duì)距離應(yīng)符合“化工裝置設(shè)備布置設(shè)計(jì)工程規(guī)定”(HG 20546.2)中的有關(guān)規(guī)定；2）排氣口的噪聲超過規(guī)定時(shí)，應(yīng)采取措施將噪聲控制在允許的范圍內(nèi)；3）蒸汽凝液管應(yīng)按不同的壓力等級(jí)分別設(shè)置疏水閥，連續(xù)排往指定系統(tǒng)或地點(diǎn)。

3.5 其它注意事項(xiàng)

1）所有壓縮機(jī)的配管，不得占用機(jī)組及輔助設(shè)備抽內(nèi)件的空間，也不影響起重機(jī)的正常運(yùn)行及吊架；2）當(dāng)輸送比空氣重的易燃易爆、有毒氣體時(shí)，不宜在危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)設(shè)置地溝，更不宜在地溝內(nèi)布置管道，以免漏氣沉積溝內(nèi)而引發(fā)危險(xiǎn)；3）應(yīng)合理地協(xié)調(diào)自控、電氣盤的位置及電纜的走向；4）如管道必須沿地面敷設(shè)時(shí)，在操作通道處應(yīng)設(shè)跨越橋。

4 壓縮機(jī)的配管經(jīng)驗(yàn)技術(shù)小結(jié)

在壓縮機(jī)的管道布置中，配管要考慮的因素非常復(fù)雜，但總結(jié)起來不外乎以下幾點(diǎn)：

1）符合安全的準(zhǔn)則不變，目前國(guó)家對(duì)化工企業(yè)安全的要求日益嚴(yán)峻，必須時(shí)刻關(guān)注并符合國(guó)家現(xiàn)有的安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，例如：GB-50160.GB-50016等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

2）要符合工藝專業(yè)的PID，PID是工程配管的靈魂。不符合PID的配管無從談起。

3）配管要滿足操作維修的必要空間，也就是操作閥門，檢修調(diào)節(jié)閥，檢修設(shè)備和管路，清洗吊裝等的要求。

4）滿足工藝和安裝要求的前提下，盡量節(jié)省材料，節(jié)省施工成本。

5）不能影響其他專業(yè)的布置，例如碰撞，互相影響干涉等情況。

6）在滿足上述要求的情況下，應(yīng)盡量聽取并滿足業(yè)主特有的需求，替業(yè)主考慮，盡量節(jié)省開支，應(yīng)用業(yè)主的習(xí)慣配管方式。

其實(shí)，不單單是壓縮機(jī)的配管，其他化工設(shè)備（換熱器，泵，塔，反應(yīng)器等）的配管也不外乎以上幾條原則，但實(shí)際應(yīng)用到不同項(xiàng)目，會(huì)有各自不同的特點(diǎn)和要求。應(yīng)實(shí)際問題實(shí)際分析，靈活配管技術(shù)。總而言之，在工程中的配管設(shè)計(jì)上，工程設(shè)計(jì)人員要多多分析多多思考，不斷累積和小結(jié)工程設(shè)計(jì)實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，才能更好的完成項(xiàng)目，做出更好的工程設(shè)計(jì)。

［1］張德姜，王懷義.石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2009.

［2］唐永進(jìn).壓力管道應(yīng)力分析[M].北京:中國(guó)石化出版社,2003.

［3］宋苛苛.壓力管道設(shè)計(jì)及工程實(shí)例[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［4］岳進(jìn)才.壓力管道技術(shù)[M].北京:中國(guó)石化出版社，2001.

10.3969/j.issn.1008-1267.2015.03.018

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1008-1267（2015）03-0046-03

2015-01-30