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摘要：往复压缩机的管道柔性以及热应力的分析是在API618标准当中所推荐的分析内容，通常在压缩机组成撬设计当中要应用这种方法进行分析。这主要是由于设计院通常都要求厂家提供出管道在撬边的交接点所对应的力以及力矩，而这个数值也就一定要利用管道的柔性以及热应力的分析才能偶得出。管道布置的柔性不够好，以及热应力太大的话，严重了将会导致管道的损坏，致使机组系统的机械固有频率出现改变和机组的振动，并且还将知识容器和设备的管嘴谅解位置形成变形太大的情况。本文结合某个注气往复压缩机组的实际例子，对往复压缩机管道柔性和热应力进行了分析和研究。
关键词：往复压缩机；管道柔性；热应力
1、基本要求
结合相关标准，机组的管道柔性以及热应力的分析中基本的要求有：①对管道应力加以计算继而满足标准的要求；②计算出管道对其支撑作用力，给管道的支撑设计提供出依据；③计算管道对于相连接的设备所对应关口的荷载，从而满足相关规范当中的要求；④管道位移的计算，从而避免管道碰撞或者管道支架的脱空。
管道应力的计算包含一次应力与二次应力的计算。其中一次应力是因为重力、压力以及其它持续荷载形成的应力。而二次应力则是因为热胀冷缩以及端点位移之类的位移荷载作用所形成的应力。一次应力的校核公式是 ，公式当中的SL是指管道计算所得出的一次应力，而Sh则是指管道材料处在最高温度之中的许用应力。二次应力的校核公式是 ，公式当中的SE指的是管道计算所得出的二次应力。f是许用应力系数，在温度循环工况小于等于七万次的时候，f=1。Sc是指管道处在最低温度之下对应的许用应力。而Sh是指管道处在最高温度之下对应的许用应力。
管道柔性以及热应力的分析主要目的在于满足机组振动的控制基础之上，利用对机组撬内、撬间以及撬外的管道布置和支撑设计加以优化，让机组系统能够满足ASME B31.3对于工艺管道柔性以及热应力的需求，从而确保机组能够安全的运行。而在压缩机组的系统当中，通常情况之下，排气缓冲罐到冷却器间管道的温度会比较高，要高度重视对于这个部分管道布置和支撑的设计，不然非常可能出现排气缓冲罐以及冷却器管嘴所承受的载荷太大，威胁到机组整体的运行安全。
2、荷载设置
管道柔性以及热应力的分析载荷是依据ASME B31.3的要求，结合压缩机组运行的工况去决定。通常包含：①持续载荷。也就是管道以及流体自身重量，以及仪表阀门重量之类的载荷。②压力载荷。也就是最大工作压力的载荷。③温度载荷。也就是最低工作温度，或者最低环境温度至最高工作温度间由于热胀冷缩的原因所形成的载荷。④偶然载荷。也就是由安全阀排放之类的偶然因素所形成的载荷。除了有较为明确的需求 ，不然通常是不考虑风载、雪载以及地震之类偶然荷载的。对于压缩机组实际的状况，温度荷载是对机组运行安全形成影响的重点。
3、系统模型
在振动分析所对应的机械模型的前提之下，加以管道柔性以及应力分析载荷的组合，也就形成了柔性以及热应力的分析模型。
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4、分析结果以及讨论
因为在振动控制方面的需求，应该在排气安全阀的出口，靠近法兰的位置安装管家支撑进行约束。不过因为跟它相连接的排气主管运行的温度比较高，达到了一百三十二摄氏度，呈现出非常明显的轴向热位移。跟安装管夹的约束出现冲突，导致安全阀支管三通的位置最大热应力呈现出严重超标的情况，是了许用应力最大允许值的百分之二百四十五。要是不加以改进，机组经过了一段时间的运行之后，会使安全阀的支管三通位置出现疲劳损坏的情况，继而导致泄漏事故的出现。在柔性以及热应力的分析出现了这中问题之后，利用带键槽形式的管夹支撑加以约束。能够继续对安全阀的排气管道形成的振动控制需求加以满足，还能够允许安全阀的排气管道在横向上移动五毫米，继而消除主管轴向着热位移以及安装管夹语速间的冲突。在经过了改进之后，安全阀的支管三通位置最大的热应力先讲到允许数值的百分之九十四，介入满足ASME B31.3标准中的要求。
在冷却器的进气管道下方水平段，于弯头靠近的位置，通常需要加设管夹支撑，从而满足振动控制的需求。不过因为这个位置管道温度通常比较高，要是支撑位置设置的不够合理的话，非常可能会对冷却器的管嘴形成很大向上的推力载荷，导致其很大程度的变形，甚至损坏。这个问题只是依靠API 618机械振动形式的分析是无法发现的，只有利用管道柔性以及热应力的分析才可以真正确定。在发现了这个问题以后，应该对于温度比较高的进气管道进行管夹安装的时候，在管道的地步以及支撑梁表面间预留八毫米的间隙，从而能够允许管道在受热的情况之下向下的移动，继而降低对冷却器管嘴形成的向上推力载荷。
针对安全阀的排气管在设计方面加以改进之后。压缩机近期管跟排气管之间的温度通常比较低，通常都是比五十摄氏度低，所以也就不容易形成热应力的问题。不过安全阀的排气管在压缩机的排气安全阀打开的时候，温度可能会达到醉倒的机组排气温度，继而在埋地安全阀排气管的弯头以及三通的位置导致热应力太大的问题。经过了管道柔性以及热应力的分析之后，应该在这样的部位安装上五十毫米厚度的聚乙烯填料，从而吸收管道运行状态之下热位移。经过分析可以得出结论，在利用相关的改进建议以前，安全阀的排气管三通位置处于安全阀的最高排气温度之下，因为土壤的约束作用，继而导致最大热应力能够达到标准允许数值的百分之一百六。在改进之后，最大热应力会下降到允许值的百分之九十八，能够满足标准的要求。利用对柔性以及热应力的分析，并且供给出机组在撬边管道的交接点位置的力跟力矩数值，继而作为后续设计方边界的条件，给全部系统所对应的安全设计提供出相关的技术数据。
结束语：
在往复压缩机组的成撬设计当中，一定要实施API 618气流脉动以及振动控制的分析。不过在某些状况之下，只进行这些分析是远远不够的，还应该实施ASME B31.3管道的柔性以及热应力的分析，从而发现API618的气流脉动跟振动控制分析当中所没有涉及到的那些问题，并且实施解决。而机组应该同时满足API 618的振动控制需求，以及ASME B31.3的柔性以及热应力的需求，这是互相矛盾的，对机组设计提出了较高的技术难度，需要相关从业人员进一步探索。
参考文献：
[1]刘秀林.往复式压缩机工艺管道的布置及防振措施[J].石油工程建设，2009，(02)：19-22.
[2]胡巍，徐宜桂，侯美丽.往复压缩机管道柔性和热应力分析[J].压缩机技术，2017，(02)：14-18.
论文作者:杨梓火
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/24
标签：管道论文; 应力论文; 柔性论文; 机组论文; 载荷论文; 安全阀论文; 热应力论文; 《电力设备》2017年第19期论文;