表１基于频率（２４ Ｈｚ）要求的管道最大允许跨度
Ｔａｂｌｅ １ Ａｌｌｏｗａｂｌｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｔｕｂｅ ｓｐａｎ ｂａｓｅｄ ｆｒｅｑｕｅｎｅｙ
ｏｎ
从而发生振动。 （８）支架的间距应满足最小频率的要求。 （９）为防支承，靠近压缩机的 管段的支架应重点考虑。 （１０）因为集中质量处振动频率低，在阀门等 集中质量处应加支架。
寸或提供制造厂进出口法兰连接处的压力脉动允 许值，由制造厂确定，压缩机至缓冲器之间的短 管，直径应大于缓冲器接管尺寸，以防止该短管内 介质流速过高而导致脉动值难以控制。 （２）根据机组的额定功率、管线平均压力确 定设计方法。进行相应的分析计算。要求进行气 柱固有频率的计算、压力脉动不均匀及振型的计 算、结构振动振幅值及动应力的计算。 （３）支架设置应经结构振动计算后确定位置 及间距和型式。宜采用防振管卡，且生根条件应 有足够的刚度。而且防振管卡要衬有石棉橡胶 垫，保证管道与管卡充分接触而不会出现间隙。 同时又考虑管道可能产生的热胀位移，螺栓孔为 椭圆形。
有频率不低于２８
Ｈｚ。
（２）为防止机组的转动不平衡力引起管系振 动，进出口缓冲器应有牢固的支承，靠近压缩机的 管段的支架应重点考虑。
（３）支架应采取防振管卡，而不能只为承重
或止推。因为防振管卡可以约束ｘ，ｙ，ｚ三个方 向的线位移，对直径较小的管子甚至可以约束
ＰＯｆ，ＲＹ，ＲＺ三个角位移，而承重或止推架却只能 约束一个方向的线位移。为保证管道与管卡充分
１．２．２
防止管道发生结构共振
为了防止发生结构共振需进行管系固有频率 分析。由于激发频率是不可改变的，所以只有调整 管系的结构固有频率以避开共振区域。通常都是调 整管系的结构固有频率高出激发频率１．２倍以上。
１．２．３
控制振动
根据经验，现场发生的振动问题多数是由于
收稿只期：２０１０一ＯＩ一１３。 作者简介：刘辉，高级工程师，１９９４年毕业于石油大学化学工 程专业，一直从事管道设计工作，现任该公司配管室副主任。 联系电话，０３７９—６４８８７２９ｌ，Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｕｈｕｉｌ＠ｌｐｅｅ．ｃｏｎｌ．ｃｎ
（５）设计中委托土建资料应说明构架及支架 固有频率的要求或刚度要求。管墩上使用的型钢 应有防振措施，其应与基础配筋相接，并应设补强 筋。支架结构和支架生根部分应有足够的刚度。 （６）对于小于等于ＤＮ４０分支管应在接管处 进行补强，补强有两种方式：一是加强板补强；二 是整体管嘴补强。 （７）对整个管系进行振动分析的同时，对管 内介质温度较高的管系还应满足柔软性分析的要 求。在管道柔性分析满足的前提下，应尽量减少 转弯，因为过多的转弯会减小管系的刚度，使管系 的机械固有频率降低，并且在弯头处产生激振力，
炼油技术与工程 ２０１０年４月
ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ ＲＥＦＩＮＥＲＹ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
第４０卷第４期
往复式压缩机的管道设计
刘辉
中国石化集团洛阳石油化工工程公司（河南省洛阳市４７１００３）
摘要：根据往复式气体压缩机进出口管道的振动原因，阐述了管道支架设计的方法，如管道支撑的间距、管道 支架的布置、管道支架的型式和管道支架的刚度设计等。指出了设计中应注意的问题。
俘
（ｉ＝１，２…，ｎ）
固定支架可以同时限制管道在ｘ，ｙ，ｚ及ＲＸ，ＲＹ，
ＲＺ六个方向的自由度，它是增加管系刚度最有效 的支撑型式。但是压缩机进出管道一般都有一定 的温度，尽管温度不高，完全采用固定支架也不利 于其热胀的补偿，为了满足管系的热膨胀补偿要 求，通常采用防振管卡作为主要支架。防振管卡 能有效的控制管系高频振动，与固定支架不同，它 允许管道有一定的轴向位移，与一般刚性承重和 导向支架也不同，它对管道施加了较大的刚度还 增加了支架对管道的阻尼作用，从而可以有效的 阻止管道振动。 ２．４管道支架的刚度 支架本身刚度的大小对管系的刚度影响是比 较大的，如果支架本身的刚度太小，支架会随管道 一起振动，从而不能起到增加管系刚度的作用，比 如选用吊架就不可能起到防振作用。由于管道支 架一般均采用独立支架，支架必须具有一定的刚 度，增加其刚度的主要方法有：一是尽量降低支架 高度，二是增加支架重量。支架刚度与其高度成 反比，支架越高则刚度越低。如果支架高度不能 降低时应采用刚度较大的Ａ型支架或框式支架。 增加支架重量的方法是支架基础采用混凝土基础 且使混凝土基础重量远大于被支撑管道的重量。 工程上常采取加大基础重量进行消振。 ３支架设计中需注意的问题 （１）进行管系的机械固有频率计算，使机械 固有频率（至少前三阶）与活塞激发频率错开并 与气柱固有频率（至少前三阶）错开。通常对于 中低压管道（Ｐ＜８ ＭＰａ）管道机械固有频率不低 于２４ Ｈｚ；对于高压管道（Ｐ＞８ ＭＰａ），管道机械固
万方数据
一２８一
炼油技术与工程
２０１０年第４０卷
接触，在管卡与管道之间垫石棉橡胶板。 防振管卡设计中尽量避免使用ｕ形螺栓应 使用ｕ形带或管卡。对于有位移应考虑使用长 孔的管卡、管托。防振支架用螺栓固定时用双螺 母形式。防振管卡内应加衬垫，选择合适的衬垫 材料。用木楔作衬垫的，由于木头极容易磨损、松 动，造成支架失效。 （４）支架应设成独立支架，不得安装在压缩 机本体和压缩机支座上（包括基础）。使用钢性 支架不得使用弹性支架，如吊架等。支架应尽量 沿地面设置，便于设置支架，管道过高则支架难以 生根，同时支架的刚度很难保证。支架的刚度可 参照表１和表２。对于较高的支架宜采用框架结 构，单根立柱刚度较小。
２●●ｌ，
哩一坦ｍ懈娜伽舷啷！呈凹衡ｍ枷｛曼
注：①用于碳钢管，且两端铰接； ②最小机械固有频率３６
４总结
往复式压缩机管道的消振是一个十分重要的 问题，涉及设计、施工等方面。从配管设计角度， 应考虑以下问题： （１）在机组定货时，应计算缓冲器的最小尺
注：①用于碳钢管，且两端铰接； ②最小机械固有频率２４ Ｈｚ。
（编辑苏德中）
Ｐｉｐｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓ
Ｌｉｎ ＨＵｉ ＳＩＮＯＰＥＣ Ｌｕｏｙａｎｇ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１００３，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｐｉｐｉｎｇ ｓｕｐｐｏｒｔｓ ｗａｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｂａｓｅｄ ｕｐｏｎ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｕｔｌｅｔ ｌｉｎｅ ｏｆ ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ，ｓｕｃｈ ｐｒｅｃａｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｋｅｙ
万方数据
第４期
刘辉．往复式压缩机的管道设计
一２９一
（４）自主管道上引出的ＤＮ≤４０的分支管道 及仪表管嘴应采取加强措施。分支管道也应有适 当的支撑，因分支管较小，较容易发生振动。 （５）为便于支撑的设置，管道布置应尽量低，
支架设置在地面上，并且是独立基础。 （６）管道应尽量平直，少转弯，弯头曲率半径 应大于等于１．５管道公称直径。
１．２．１
ｌ
１．１振源分析
防止气柱共振
防止气柱共振发生的简单方法是用共振管长 的概念来进行简化设计。共振管长就是当激发频 率一定时，导致气柱发生共振的管道长度。在管 道设计中，首先根据管内介质和激振频率计算可 能发生计算气柱共振的管道共振管长，使相应的 管道长度避开（０．８一１．２）倍共振管长。共振管 长的计算方法可参见ＡＰｌ６１８附录所列出的共振 管长的计算公式。
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３ ３
３ ２ ２ ２
竖ｍ吣Ｂ。，¨４
６
８．５
２ ２
２
ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ（２４ Ｈｚ）
ｍｍ
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Ｈｚ。
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２ ｌ
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万方数据
第４期
刘辉．往复式压缩机的管道设计
某段或整个管系发生结构共振引起的，分析和调 整管系固有频率成为控制管道振动的最直接方法， 固有频率与管系的刚度有直接关系，其表达式为：
∞ｉ
２
考虑支架的型式。不同支架的型式，比如承重或
导向支架只限制管道向下或轴向位移，只能约束
～个方向的线位移，因而它对管系刚度影响较小。
关键词：加氢装置往复式压缩机共振防振管托
往复式压缩机在石化装置上的应用非常普 遍，如加氢精制、加氢裂化装置等，由于其吸排气 流呈间歇性和周期性的这一工作特点，不可避免 地使其进出口管道产生振动现象，解决压缩机进 出口管道的振动问题，对于装置的开汽成功及长 周期安全运行具有十分重要的意义。 往复式气体压缩机进出口管道的振动分析 往复式压缩机的工作特点是吸、排气流呈间 歇性和周期性，因此不可避免的要激发进、出口管 道内的流体呈脉动状态，使管内流体参数（如压 力、速度、密度等）随位置及时间作周期性变化， 这种现象称为气流脉动。脉动流体沿管道输送 时，遇到弯头、异径管、分支管、阀门、盲板等元件 将产生随时间变化的激振力，受该激振力作用，管 系便产生一定的机械振动响应。压力脉动越大， 管道振动的振幅和动应力越大。强烈的脉动气流 会严重地影响气阀的正常开闭，减小工作效率，此 外，还会引起管系的机械振动，造成管件疲劳破 坏，发生泄漏，甚至造成火灾爆炸等重大事故。因 此降低气流脉动是往复式压缩机管道设计的主要 任务之一。 管道振动的第二个原因是共振。管道内气体 构成一个系统，称为气柱。气柱本身具有的频率 称为气柱固有频率。活塞往复式运动的频率称为 激发频率。管道及其组成件组成一个系统，该系 统结构本身具有的频率称为管系机械固有频率。 在工程上常把（０．８—１．２）倍的管系机械固有频 率范围作为共振区。当气柱固有频率落在激发频
∞。为第ｉ阶固有频率，肘肼和Ｋ一分别称为第ｉ 阶主质量和第ｉ阶主刚度。 从上式中可以看出，管系的刚度越大其固有 频率越高，管系固有频率的调整可以通过调整管 系的刚度来完成。影响管系刚度的因素主要有管 径、壁厚、管道走向、管道支撑等，一般情况下管径 和壁厚由工艺设计条件确定，不易改变，管系的主 质量也基本维持不变，管道走向由于各设备平面 位置的关系不易做较大改变，因此调整管道支撑 成为设计的基本方法。 ２支架设计 ２．１管道支撑的间距 原则上管道支撑的间距应根据振动计算结果 而定，一般过程是在管道规划时根据一些原则进 行管道布置和支撑设计，然后进行振动计算，计算 出管系的同有频率和振动振幅值，最后逐项分析 是否符合要求。如果其中的一项或数项不符合要 求，通过改变支架间距，即（一般单元长度不应大 于管道公称直径的１０倍）可改变管系的刚度同 时改变管系的固有频率，使之满足要求。 一般来说，对于管系固有频率的控制，国外公 司要求管系机械固有频率不得低于机器激振频率 的２倍（偏于保守），但最小也应将管系机械固有 频率控制在机器激振频率的１．２倍以上。按此条 件布置管道，则管道的机械固有频率与压缩机的 激振频率前三阶是不会产生共振区域的，从而可 以有效避免管道振动。： ２．２管道支架的布置 在满足管道支架间距的要求后，在下列各点 应设支架。例如拐弯处或分支管处由于脉动气流 产生激振力使管道振动，应设支架，可选择减振或 止推类型支架。在有过滤器或阀门、法兰等处，由 于质量集中，故应在集中质量点两侧设专门支撑 以增加其刚度，加大其固有频率。另外靠近压缩 机附近的管段支架应重点考虑。 ２．３管道支架的型式 若通过支撑条件来增加管系的刚度，首先要