11-2DF-E2-NL系列往复式压缩机（3131K001A/B）是我公司30万吨/年HPPO装置所配套的公用工程装置的主要设备。该压缩机为两列二级、对称平衡式压缩机，于 2022年3月份完成了装配工作，于2022年 6月份进行了测试。但在调试初期，压缩机一、二级出入口缓冲罐、管线都出现振动过大的问题。出入口缓冲罐、管线振动严重，对设备的安稳长满优运行都是一种很大的威胁，同时存在着安全隐患。现场调试主要出现了以下问题：（1）压缩机出入口缓冲罐的相关仪器仪表的阀门手轮、螺栓振掉脱落；（2）压缩机一级入口缓冲罐的仪表引压管疲劳破裂导致出现裂缝，造成了泄漏；（3）管线振动和噪声对人和环境造成了不良影响。
1、振动原因分析
（1）气流脉动引起振动
往复压缩机的管路振动较大，一般是气流脉动造成的。往复压缩机由于吸、排量的间歇性和周期性使管道流体的压力、速度、密度等性能参数随时间而发生周期性的变化，这种现象就被称为气流脉动。由于往复式压缩机自身的做功特点，必然会出现一个振动源，气体在管道运输过程中接触的法兰、阀门、弯头、三通等管道元件都会出现随气体的流速和压力的变化而引发的激振力，由此引起管道、缓冲罐、换热器、支撑架等的振动。压缩机中气体的脉动会造成许多危害，降低压缩机容积效率，而且会引起额外的功率损耗，使压缩机气阀的运行工况变坏，控制仪表失灵，引起管道系统的振动等。
由于管道系统各元件质量、支撑分布不合理造成共振从而引起的管道强烈振动
管道体系中所输送的气体容积称为气柱，气柱能够挤压、扩张，而且存在质量。它本身就是一种气体振荡过程，产生了相应的频率，即气柱的固有频率。而管子、管件及其支撑结构的弹性体系，根据配管情况、所支撑的结构形式与位置等，都需要产生相应的气体固有频率或管系机械固有频率。
共振主要分为气柱共振和机械共振。当由压缩机管路中气体运动而产生的气缸激振力的频率和气柱固有频率以及管系中的机械频率相等或近似相同时，就会形成气柱共振或机械共振；活塞的往复运动频率属于激发频率。如果气柱的固有频率或管系机械固有频率掉落到了0.8~1.2倍激发的范围，就会产生较大的压力脉动，进而形成气柱共振或机械共振现象。而这都可以造成管道、压缩机和基础装置的严重振动。
由于运动机构的平衡性较差或者基础设计错误，引起机组振动从而造成管道振动
往复压缩机中不均匀质量所产生的惯性力、以及安装不当都会导致机组和管路振荡，进而使得和它相连的管道也产生管系振荡。
2、减振措施
（1）在管道系统内增加缓冲器以降低管道振动
缓冲器是降低气体脉动的有力手段。缓冲器体积的要求应比气缸行程体积大十倍以上，以实现减振的目的，而美国国内API要求比日本国内所要求的体积要略大，而且缓冲器的安装地点也极其重要，一般安装在气体脉动的发源处，即靠近压缩机汽缸的缓冲器减振性能较好。
在管系中设置适当的气体脉动衰减器,来降低振动
安装合适的气流脉动衰减器，振动管线内的脉动大幅度降低，一般比缓冲器有着更好的消振作用，但衰减器形式各异、结构复杂制做花费昂贵。
（3）在管道中设置孔板来减小振动
在大型的往复式压缩机管道的适当部位设置孔板，是现场消振的有效措施之一。原理是在大容器入口处加装适当尺寸的孔板，孔板和大容器一起，在原管道末端处不再出现反射状态，这样就可以将原管道内所存在的驻波转变成行波，进而降低了管道中的压力脉动不均匀度，实现减振的目的。但孔板必须安装在足够大容器进出口法兰上。另外，孔板的尺寸大小对减振效果的影响也有重要影响，据部分文献的实验结论提出孔板口径比为：D/D=0.5~0.43，并且规定了在孔板尺寸大小的基础上必须留出尖锐棱角，且不能倒角，否则影响就必然要减少。应用中对低声速介质，D/D之比可选择最接近的0.5，但对中声速介质，则可取接近的0.43。
（4） 改善管道的结构或设计来降低激振力
降低气压不均匀性，是降低管路振动的根本措施，但是管道中总会有转弯和管件等，脉动气流遇到管道元件时，由于力的不平衡性，就必然会出现对管道的激振力，这种激振力也可以通过改善管路构造和布局来尽量减小。例如，在设计布管时应使管道平直，在管道中应最大限度减小局部阻力管件；在需要转弯处，力求使转角面积小一点。
（5）管道的固定
在管道振动很大的方向上增加固定支架，这是克服最大不平衡力引起振动的较有效的方法。一般采用刚度较大的 U 型管卡支架来克服不平衡力。若刚度太小，容易产生过大的变形，导致固定支架出现变形破坏。根据振动启动标准，一般控制变形在 2mm 至 3mm 内较好。
3、现场减振对策及效果
氮气压缩机在调试初期出现压缩机一、二级出入口缓冲罐、管线振动大的问题。使用的便携式测振仪测出振动值高达60mm/s，远超过国家安全规范的管线振动范围，有严重的安全隐患，但因为测量曲轴箱和第一、二次汽缸之间的振动值在合格范围内，从而消除了因为运动机构不均匀或基础问题而造成的机组抖动。经过与上海东方厂家共同讨论，确定了以下解决方案。
（1）在一级、二级出口缓冲罐进口加孔板：通过向压缩机制造商提出的设计方案，在压缩机一级、二次排气缓冲罐的进气口加孔板以减少缓冲罐的振动噪声。孔板形状和大小如图一显示：
图1
图2为孔板设置位置
图2
（2）在压缩机入口管线上新增加1台立式入口缓冲罐，该罐容积1.24立方，气流进入的方向垂直于缓冲罐的罐体，并且将压缩机原来的一段进气管线改为了直管段，减少进气管线的弯头数量，从而减少了气流脉动产生的激振作用。
（3）在压缩机的第一、二次及缓冲罐的输入管路处，均添加了固定支座并用U形管卡加以定位，同时还在管线和管卡之间添加了一层石棉橡胶垫，进一步增加了固定能力。
现场实施以上三种方法以后，氮气压缩机再次试机，出入口缓冲罐和管线振动由最初二级最大的58.5mm/s降低至10mm/s左右，如下图，可以看出压缩机在进行以上改进措施之后振动明显减小，效果显著。
4、总结
造成管路振动的因素比较复杂，只有通过一定的方法仔细分析，正确查明振动因素，才能达到令人满意的结果。在往复式压缩器的管路设计中必须着重注意以下几点:第一，设计缓冲罐，不但要考虑其有充足的容量，而且应有适当的强度，重视其设计与安装方法；然后,在气缸和缓冲罐之间的管段,尽可能不要产生弯头,以防止引起较强的气体脉动激励；另外,也尽可能降低管子的长度,并注意减少气管卡对管路的有效影响。
【参考文献】
1、樊长博, 张来斌, 王朝晖等. 往复式压缩机气体管道振动分析及消振方法. 科学技术与工程, 2007( 4): 453 ~ 456
2、顾海明,黄振仁.往复式压缩机管道振动原因分析.石油化工设备技术,1999, 20(2): 26~ 28
作者简介：吕明德（1986.07-），男，汉族，山东省济南市，大专，工程师，研究方向：化工设备