工艺管线应力对离心式压缩机的影响分析

工艺管线应力对离心式压缩机的影响分析

张继国

（大庆炼化公司工程管理部163411）

摘要：本文基于工艺管线各类应力对离心式压缩机受力状况的影响因素，将其运行过程的应力变化情况和理论设计进行了比对，在此基础上对离心式压缩机运行过程中应力变化带来的负面影响进行了分析，并有针对性的提出了消减应力的方法，希望可以促进离心式压缩机运行的稳定性和可靠性，实现连续运行，最终达到节省成本的目的。

关键词：工艺管线应力；离心式压缩机；影响

前言：

当前阶段，大型离心式压缩机在工业生产中已经得到了广泛的应用，在其运行的过程中，很多因素都会对其运行效果产生影响，其中工艺管线安装和运行过程中产生的残余应力以及热应力对离心式压缩机的影响较为显著，经常会引发机组振动升高等问题，不仅会损害离心式压缩机的性能和寿命，同时也会对生产作业的有序开展造成影响。因此探究工艺管线应力对离心式压缩机的影响具有重要意义。

1、工艺管线应力对离心式压缩机的影响分析

1.1工艺管线应力的产生及危害分析

工艺管线应力通常产生于其安装和运行过程中，主要分为残余应力和热应力两种类型，导致其应力产生的原因主要包括以下两个方面：其一，机组安装阶段对应力的考虑不足，未采取有效的应力消除措施，导致工艺管线与机组之间残留着一定的安装应力。同时，在进行机组安装的过程中，经常会使用顶丝将机组顶到标准位置，这也会导致与机组相连的工艺管线和定位地脚螺栓之间产生相应的变形应力。其二，记住运行过程中，其出、入口工艺管线中流动介质之间存在较大的温差，导致工艺管线膨胀变形不均衡，从而产生热应力[1]。通常情况下，机组若是处于闲置状态下，定位地脚螺栓的作用力可以帮助机组处于安装找正的对中位置。然而一旦机组开始运行，其安装时产生的残余应力和热应力的合理就会超出定位地脚螺栓作用力和机组机座之间的摩擦力，一部分无法抵消的应力就会导致机组无法位置安装找正的对中位置，使其运行效果大幅度降低[2]。

1.2离心式压缩机的工艺管线热膨胀应力

离心式压缩机在运行的过程中由于转速较快，会产生高温，加之其能耗较高，因此会导致机组本体以及与其相连接的工艺管线温度出现增高，进而产生热膨胀应力。根据现行的离心式压缩机设计安装规范的要求，与离心式压缩机相连接的工艺管线下方，必须安装弹簧支架或是垫铁进行支撑，这样可以有效的降低工艺管线自重对机组产生的作用，实现机组受力状况的改善。下图为某企业离心式压缩机的工艺管线安装状况。

采用上图所示的安装方式，在机组闲置时其受力情况符合要求，而在其运行情况下，工艺管线热应力会持续增长，机组需要承受额外应力的作用[3]。由于和机组相连接得不同工艺管线产生的热应力存在较大的差异，会导致机组受力失衡，使其静止状态下保持的力学系统平衡遭到破坏。如下图所示，分别为离心式压缩机在冷态状况下、运行状况下以及无约束自由状态下的力学模型。

其中A截面为机组接口的法兰截面、B截面为工艺管线下端支撑截面，因此AB段即为机组接口法兰和工艺管线下端支撑截面之间的工艺管线，其长度为L。此外，△LT即为温度升高△t时AB管段出现的变形情况，△LN即为轴向力P引起的弹性变形。在机组运行的过程中，想要保障其安全性和平稳性，AB管段的位置必须始终处于相对不变的状态，且温度升高造成的AB管段变形与轴向力P引起的弹性变形相互抵消。

以某企业离心式压缩机为例，其工艺管线布置如下图所示。

该离心式压缩机机组类型为绝热压缩型机组，在其稳定运行的情况下，其出入口工艺管线的温度会位会维持在一个相对稳定的水平。由上图可知，该机组出入口工艺管线均采用的是悬挂式支撑的方式，具有较大的变形补偿量，因此可以忽略管线热膨胀应力对机组产生的影响，但其轴线两侧工艺管线热膨胀变形内力却无法达成平衡。

2、工艺管线应力的消解措施亚久

通过上述研究控制，在离心式压缩机组工艺管线热膨胀应力对机组运行的影响忽略不计的情况下，出入口工艺管线热膨胀应力之间无法形成平衡是导致离心式压缩机无法正常运行的主要原因。为了消除这种不均衡性，可以在工艺管线上加装具有较大变形补偿量的金属波纹管膨胀节。在机组改造之前，对其一个月内的运行状况进行了监测，发现离心式压缩机组的轴承振动值在运行一段时间后就呈现出持续增长的趋势，通过监测分析发现，导致其振动值提高的原因是离心式压缩机组的电机和齿轮增速箱的对中出现偏差。而在完成机组工艺管线的改造之后，机组运行过程中轴承振动值始终维持在一个较低的层次，而振动产生的原因为机组转子主频，由此可以断定，离心式压缩机组的运行状况良好。通过离心式压缩机组改造前后运行状况的对比可知，通过的机组工艺管线的改造使得机组对中性能得到了良好的加强，大幅度降低了机组被迫停运的次数，因工艺管线热膨胀应力不均衡导导致对中性能破坏的情况也很少再出现，机组连续运行周期出现了极大的提升，同时机组维修方面投入的资金也在降低，促进了企业综合效益的升高。

结语：

综上所述，工艺管线应力对离心式压缩机运行产生不利影响的原因在于其热膨胀应力的不均衡破坏了机组的对中性能，基于此，可以对工艺管线进行适当的改造，提升离心式压缩机组运行的稳定性。

参考文献

[1]张海伏.高温工艺管线应力研究[J].工程技术研究,2017(05):255-256.

[2]白庭河,王晓梅,杨晓霖,严慧明,俞树荣.工艺管线应力对离心式压缩机的影响分析[J].甘肃科学学报,2013,25(02):83-87.

[3]王学军,葛丽玲,谭佳健.我国离心压缩机的发展历程及未来技术发展方向[J].风机技术,2015,57(03):65-77.

作者简介：张继国（1967.11—），男，汉族，黑龙江甘南县人，大学本科，现有职称：中级工程师，研究方向：工程设备，工艺管线安装施工管理或质量控制。