天然气压缩机管路系统气流脉动及管道振动分析

李丹 赵彦女 张军伟

摘要：随着经济的不断发展，天然气已经成为人们所关注的重点。天然气是一种新型能源，提高了人们的生活质量，减少了环境污染。随着天然气的大范围使用，天然气运输及储存环境非常重要，压缩机在天然气运输和储存过程中有着非常重要的地位。通过对天然气压缩机的进气管道进行气流脉动和管道振动分析，了解所存在的问题，提出相应的管路调整措施，可以有效提高天然气压缩机管路系统的运行效率。

关键词：压缩机;气流脉动;管道振动

天然气压缩机气流脉动所造成的管道振动情况，会对天然气运输装置的安全运行造成威胁，管道振动会导致管道结构以及附件设备形成疲劳破坏，从而严重影响到天然气集输管道的运行，严重的情况下可能会造成爆炸恶性事故的发生。因此，国内外很多专家针对天然气压缩机管路系统中的气流脉动进行了研究和分析，提出相应的改进措施，可以有效减少天然气压缩机气流脉动所造成的管道振动，从而为天然气集输管道的运行提供安全基础。

1天然气压缩机的运行原理

天然气压缩机在工作过程中主要是通过电动机的动力来进行带动，通过中间连杆带动活塞进行往复运动，曲轴运动一周，活塞就能实现往复一次。此时压缩机的气缸工作就实现了吸气、压缩到最终排气一个循环过程。

（1）压缩机在进行吸气过程中，活塞会向左移动，此时压缩机内部的容积变大，压力减小。当气缸内的压力小于进气管压力时，进气管内的压力就会将吸气阀顶开，让空气进入气缸内，直到活塞运动至最左端时，气缸内的容积达到最大值，才会停止吸气，进而关闭阀门。

（2）当压缩机进入压缩阶段。活塞会从左向右移动，气缸内的容积会逐渐减小，导致气缸内压力变大。

（3）排气阶段，活塞会继续向右移动，当气缸内的压力大于进气管压力时，高强度的压强会使排气阀门打开，并将气体排放至排气管内，当活塞移动至最右端，排气阀才会关闭并停止排气。之后活塞又会向左移动，再次进行吸气、压缩、排气等过程。

2改造前管路系统分析

2.1气流脉动分析

压缩机管道振动发生的主要原因是由于气流脉动所造成的，控制压缩机管道系统内的压力脉动属于正常范围之内，就能够有效解决管道振动。因此，建立合理的气流脉动分析模型，可以有效对压缩机管道所发生的气流脉动进行预测，合理设计管道结构参数，才能够将气流脉动的影响降到最低。

2.2管道振动分析

管道系统是一个具有连续弹性体系的结构系统，在管道气流脉动的影响下可以产生机械运动。在设计管道过程中，除了要计算管道内气体固有的频率和压力脉动外，还需要对管道系统的结构固有频率和机械振动进行分析，只有将这两种实际情况进行分析，才能够准确预测管道的振动情况，对天然气压缩机管路系统振动分析时，需要考虑以下2方面的内容：

（1）最新动态模拟分析，即管道系统固有频率和振动计算。

（2）进行激发响应分析，分析正气流脉动下感到的振动情况。

3管道系统调整

3.1调整措施

通过分析气流脉动、管道结构固有频率以及激发响应计算，并且结合管道固有的布置空间位置，对管道系统进行改造。

（1）针对天然气压缩机管道系统的进气管和分支管，应当增加直径为600毫米的汇管，能够有效增加管道内气流的缓冲作用，减少管道内气流脉动，进而减小管道振动现象的发生。

（2）將原有的进气分离器修改为卧式布置，可以有效降低分离器出口管线的高度，从而有效减少气流脉动现象。

（3）将分支管路原有的高度进行降低，可以有效增加管道系统的稳定性。

（4）针对天然气压缩机管道系统的分布特点，增加支撑点，可以有效调整管道系统的刚度。管线的固定支点，一般采用管卡方式将管道固定在支架上，管卡和管道之间应当增加石棉橡胶板，也能够增加管道的摩阻，有利于起到减振效果，同时可以确保管线温度差属于正常范围之内。

3.2调整前后对比分析

（1）气流脉动。根据上述的改造措施，利用软件对改造后的模型进行模拟施工分析，控制原有转速，了解各节点压力脉动的变化情况，通过实验结果可以看出，改造后的管道系统中所存在的最大压力脉动主要发生在压缩机的分支管路上，但是压力的不均匀性有所下降。当转速处于其他范围时，气流的压力脉动有所下降，尤其是在总管道上，带动组织已经下降到合理的范围之内，符合相应的技术标准，虽然在分支管路上仍然会存在超出允许范围，但是由于分支管道的钢度较大，使承受的压力脉动所引起的振动现象属于正常的范围之内。

（2）管道振动。中国对改造前后的管路结构固有频率进行计算，可以得出管路结构固有频率的变化趋势，针对改造前管路对比情况可以看出，管道系统干性明显增加，管道振动的固有频率有所降低，根据模型动态结果分析可以看出，管道中的低阶共振现象已经消失。在经过管道调整以后，不同激振频率下的管道振动情况有所改善，管道中的振幅值有所降低。

3.3天然气压缩机管道系统的维护工作

为了全面发挥天然气压缩机的使用效果，相关的技术人员应该按照天然气压缩机的规范进行日常检测，为了保障天然气压缩机可以正常的运行，需要借助专门的养护技术来进行处理，全面提升天然气压缩机的运行状态，所以在进行天然气压缩机的养护检测过程中，需要对每个部件都要进行定期检查，主要包括构件检测、机组运行检测和相应位置的螺栓结构检测等，技术人员要做好相关螺栓长度记录，一旦发现螺栓出现问题，必须及时进行更换，以免造成设备出现损坏，影响天然气开采的工作进度。

4结束语

通过分析气流脉动和管道振动问题，在实际工作过程中应当将气流脉动控制在合理范围之内，使结构频率和激发频率错开，可以有效避免机械共振现象的发生，进而消除振动现象。在进行管道设计过程中，可以将复杂的管道来作为一个整体，能够防止局部振动发生转移。通过对不同转速和流量下气流脉动进行分析，能够有效预测管道在工作过程中发生的振动变化趋势。

参考文献

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