中国石化北京设计院标准-往复式压缩机管道防振设计规定

工工工工 程程程程 标标标标 准准准准 往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定 标准号标准号标准号标准号:BA3:BA3:BA3:BA3- - - -6 6 6 6- - - -1 1 1 1- - - -1997199719971997 修改号修改号修改号修改号 日期日期日期日期 1997 1997 1997 1997 年年年年 10 10 10 10 月月月月 24 24 24 24 日日日日 中国石化北京设计院中国石化北京设计院中国石化北京设计院中国石化北京设计院 共共共共 10 10 10 10 页页页页 第第第第 1 页页页页 编制 审核 会签 批准 4 1 总则 1.0.1 为提高往复式压缩机振动管道的设计质量，消除事故隐患，满足配管设计和振动 分析的需要，特制定本规定。 1.0.2 本规定适用于往复式压缩机气体管道的设计和应力与振动分析，不适用于往复泵 及其它离心式机械。 1.0.3 执行本规定时，尚应遵守其它有关规定。 1.0.4 引用标准 a）美国石油学会标准API-618； b）ANSI/ASME B31.3； c）动力机器基础设计规范GBJ40； d）工程设计标准BA3-3-7； e）往复活塞压缩机机械振动测量与评价GB7777-87。 1.0.5 本标准替代往复式压缩机管道设计技术规定（BA3-6-1-94）。 2 一般规定 2.0.1 往复式压缩机的选型除需满足工艺操作条件外，还需考虑机组结构的整体力学性 能，一般应选用对称平衡型结构。 2.0.2 应向压缩机制造厂（商）明确，所提供的压缩机必须满足API-618的规定。根据 API-618，进出口缓冲罐的最小缓冲容积不得小于公式（2.0.2-1）和（2.0.2-2）的计算 值，且两者都不应小于0.028 m3。 （2.0.2-1) VsV KTs M = 927 1 4 .() / Vd Vs R = 1 4/ 工工工工 程程程程 标标标标 准准准准 往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定 标准号标准号标准号标准号:BA3:BA3:BA3:BA3- - - -6 6 6 6- - - -1 1 1 1- - - -1997199719971997 修改号修改号修改号修改号 日期日期日期日期 1997 1997 1997 1997 年年年年 10 10 10 10 月月月月 24 24 24 24 日日日日 中国石化北京设计院中国石化北京设计院中国石化北京设计院中国石化北京设计院 共共共共 10 10 10 10 页页页页 第第第第 2 页页页页 1 (2.0.2-2) 式中: Vs-需要的最小吸入缓冲容积，m3； Vd-需要的最小排出缓冲容积，m3； k-气体在操作压力和操作温度时的绝热指数； Ts-进口绝对温度，K； M-气体分子量； V-所有与该缓冲罐相连的气缸每转向其排出的总净容积，m3； R-气缸压缩比（绝对排气压力除以绝对吸气压力）。 2.0.3 管道振动的主要原因是气体的压力脉动，压力脉动源于压缩机活塞的往复运动， 压力脉动的大小可用压力不均匀度来表示，定义如下： （2.0.3-1） 式中： -压力不均匀度，%； Ptmax-管内气体的最大瞬时工作压力（绝），MPa； Pimin-管内气体的最小瞬时工作压力（绝），MPa； P-管内气体的平均压力（绝），一般即为工作压力，Mpa。 （2.0.3-2） 2.0.4 应明确向压缩机制造厂（商）提出吸气缓冲罐入口和排气缓冲罐出口法兰处的压 力不均匀度允许值。API-618规定，其允许值可按（2.0.4）式计算： = PtPt p maxmin 100 P PtPt = +maxmin 2 19 1 3 . / P 工工工工 程程程程 标标标标 准准准准 往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定 标准号标准号标准号标准号:BA3:BA3:BA3:BA3- - - -6 6 6 6- - - -1 1 1 1- - - -1997199719971997 修改号修改号修改号修改号 日期日期日期日期 1997 1997 1997 1997 年年年年 10 10 10 10 月月月月 24 24 24 24 日日日日 中国石化北京设计院中国石化北京设计院中国石化北京设计院中国石化北京设计院 共共共共 10 10 10 10 页页页页 第第第第 3 页页页页 1 （2.0.4） 式中： P-管内气体的平均压力（绝），MPa 2.0.5 压缩机制造厂（商）应明确向用户提供吸气缓冲罐入口和排气缓冲罐出口法兰处 可能达到的压力不均匀度，包括各种可能出现的操作工况（如试运转，非正常操作等）。 2.0.6 压缩机制造厂（商）必须提供多级压缩机机组级间管道的配管设计及有关支承资 料。 2.0.7 根据GB7777-87，对于对称平衡型压缩机，制造厂（商）应保证机器的振动烈度 不大于18。 2.0.8 符合下列条件之一者必须进行管内气体的压力脉动分析： a）压缩机制造厂（商）不能提供吸气缓冲罐入口和排气缓冲罐出口法兰处的压力不 均匀度数值； b）压缩机制造厂（商）提供的吸气缓冲罐入口和排气缓冲罐出口法兰处的压力不均 匀度不满足（2.0.4）式的规定； c）配管设计有要求时。 2.0.9 满足下列条件之一者可不进行管内气体的压力脉动分析； a）根据经验判断压力不均匀度不会超标的配管设计； b）与已正常运行的管系相同或相似的同型号压缩机的配管设计； c）压缩机制造厂（商）提供的吸气缓冲罐入口和排气缓冲罐出口法兰处的压力不均 匀度值满足（2.0.4）式的规定； d）压缩机制造厂（商）对其提供的压缩机及管道已进行过声学模拟分析或试验。 2.0.10 满足下列条件之一者可不进行管内气体频率特性分析： a）根据经验判断不会导致气柱共振的配管设计； b）与已正常运行的管系相同或相似的同型号压缩机的配管设计。 2.0.11 不满足第2.0.10条者必须进行管内气体频率特性分析。 2.0.12 满足下列条件之一者可不进行管道结构动力分析： a）根据经验判断压力不均匀度不会超标的配管设计； b）与已正常运行的管系相同或相似的同型号压缩机的配管设计。 2.0.13 不满足第2.0.12条者必须进行管道结构动力分析。 工工工工 程程程程 标标标标 准准准准 往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定 标准号标准号标准号标准号:BA3:BA3:BA3:BA3- - - -6 6 6 6- - - -1 1 1 1- - - -1997199719971997 修改号修改号修改号修改号 日期日期日期日期 1997 1997 1997 1997 年年年年 10 10 10 10 月月月月 24 24 24 24 日日日日 中国石化北京设计院中国石化北京设计院中国石化北京设计院中国石化北京设计院 共共共共 10 10 10 10 页页页页 第第第第 4 页页页页 1 2.0.14 凡需要进行压力脉动分析、气柱频率特性分析和管道结构动力分析的配管设计， 应向振动分析专业提供设计图纸和附录A、B、C振动分析原始数据。 3 管道系统的防振设计 3.0.1 允许对压缩机制造厂（商）提供的局部配管方案，包括缓冲罐、级间冷却器的配 置方式提出修改意见，但此意见必须在压缩机制造厂（商）认可的情况下才能付诸实施。 3.0.2 双层布置的压缩机，楼板顶面与地面的标高差不宜地大，宜控制在3m左右。 3.0.3 管道规划应优先考虑吸排气管道的布置，并需经振动分析人员认可，以避免出现 较大修改，影响设计进度。 3.0.4 在工艺条件允许的情况下，压缩机厂房内的吸排气管道的管径可适当放大一个等 级，压缩机房外的吸排气管道仍按工艺要求设计。 3.0.5 吸排气管道的走向应平直顺畅，尽量少设弯头。管道拐弯处宜采用曲率半径大于 或等于1.5倍公称直径的弯头，不宜采用急弯。 3.0.6 支架位置应合理选择，阀门和其它重量较集中的部位附近应设置支架。 3.0.7 布置支架时，两支架之间不应出现三维空间的管段，支架间距应比一般管线的支 架间距小。 3.0.8 支架型式应合理选择，吸排气管道上应至少设一个固定支架，其余支架都应做成 管卡或卡箍型管托，管卡宜采用扁钢制作，管道与管卡或卡箍之间宜加垫3mm厚的石棉橡 胶垫，卡箍型管托与其生根部位应焊接固定。 3.0.9 气缸进出口附近的管道支架宜在压缩机基础上生根，无需设计独立管架。 3.0.10 公称直径大于或等于DN150的吸排气管道支架不宜在压缩机房柱和楼板上生根。 3.0.11 对压缩机房内支承吸排气管道的所有构架或生根于楼板和房柱上的支架，应提出 有关动载荷数据。 4 管道系统的静力分析 4.0.1 管道系统在进行动力分析之前，应按照工程标准BA3-3-7的要求首先进行静力分 工工工工 程程程程 标标标标 准准准准 往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定 标准号标准号标准号标准号:BA3:BA3:BA3:BA3- - - -6 6 6 6- - - -1 1 1 1- - - -1997199719971997 修改号修改号修改号修改号 日期日期日期日期 1997 1997 1997 1997 年年年年 10 10 10 10 月月月月 24 24 24 24 日日日日 中国石化北京设计院中国石化北京设计院中国石化北京设计院中国石化北京设计院 共共共共 10 10 10 10 页页页页 第第第第 5 页页页页 1 析。 5 管道系统的动力分析 5.0.1 应力分析专业不仅要负责振动管道的详细动力分析，且应参与管道的总体平面规 划。 5.0.2 管道系统的动力分析一般包括流体的压力脉动分析、气柱频率特性分析和管道结 构动力分析，参见第2.0.8条至 2.0.13条的有关规定。 5.0.3 压力不均匀度的计算程序可采用我院编制的PPDA软件。 5.0.4 压力不均匀度的计算应同时考虑正常操作工况和试运工况。 5.0.5 对气缸进出口到缓冲罐的连接管段，压力不均匀度如果控制在表5.0.5的范围内则 认为是合理的。对氢气和含氢混合气体可取表中的较大值。 表5.0.5 压力范围（MPa） 0.5 0.510 1020 2050 的允许值（%） 28 26 25 24 5.0.6 缓冲罐以外管道内的压力脉动如控制在5.0.6-1)式规定的范围内则认为是合理的。 （5.0.6-1) 式中： -允许压力不均匀度，%； d-管道内径，cm； P-管内平均绝对压力，MPa。 （5.0.6-1)式适用于平均绝对压力小于20.7MPa的情况。 脉动频率f按（5.0.6-）式计算。 （5.0.6- 40 1 2 () / Pdf f nN = 60 工工工工 程程程程 标标标标 准准准准 往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定 标准号标准号标准号标准号:BA3:BA3:BA3:BA3- - - -6 6 6 6- - - -1 1 1 1- - - -1997199719971997 修改号修改号修改号修改号 日期日期日期日期 1997 1997 1997 1997 年年年年 10 10 10 10 月月月月 24 24 24 24 日日日日 中国石化北京设计院中国石化北京设计院中国石化北京设计院中国石化北京设计院 共共共共 10 10 10 10 页页页页 第第第第 6 页页页页 1 2） 式中： n-压缩机转速，rpm； N-压缩机每转的激发次数；单作用为1，双作用为2。 5.0.7 为降低压力不均匀度可采取下列措施： a）如果没有缓冲罐，可设置缓冲罐； b）扩大缓冲罐容积； c）缩短气缸进出口到缓冲罐连接管段的长度； d）局部扩径； e）改变管道走向； f）在管道适当位置安装减振孔板。 5.0.8 管内气柱频率特性分析旨在消除压缩机管内的气柱共振，避免出现较大的压力脉 动，如果压缩机激发频率f满足（5.0.8）式，则将发生气柱共振，分析时应至少避开前三 阶气柱共振。 0.8fngf1.2fng (5.0.8) 式中: fng-第n阶气柱固有频率,Hz。 5.0.9 压缩机气缸进出口到缓冲罐连接管段的设计应避开前三阶共振管长,共振管长按 (5.0.9-1)、(5.0.9-2)、(5.0.9-3)式计算。 一阶共振管长, m l=(0.81.2) (5.0.9-1) 二阶共振管长, m l=(0.81.2) (5.0.9-2) 三阶共振管长, m l=(0.81.2) (5.0.9-3) 式中a表示气体声速,m/s 5.0.10 复杂管道的气柱频率计算可采用我院编制的PPDA软件. 5.0.11 管道结构动力分析的内容应包括振动模态分析, 振动位移和循环应力的计算. a f4 a f4 a f4 5 4 a f 3 4 a f 工工工工 程程程程 标标标标 准准准准 往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定 标准号标准号标准号标准号:BA3:BA3:BA3:BA3- - - -6 6 6 6- - - -1 1 1 1- - - -1997199719971997 修改号修改号修改号修改号 日期日期日期日期 1997 1997 1997 1997 年年年年 10 10 10 10 月月月月 24 24 24 24 日日日日 中国石化北京设计院中国石化北京设计院中国石化北京设计院中国石化北京设计院 共共共共 10 10 10 10 页页页页 第第第第 7 页页页页 1 5.0.12 管道结构动力分析旨在消除管道结构共振,避免管道出现较大的振动位移和循环应 力.如果压缩机激发频率f满足(5.0.12)式, 则将发生结构共振,分析时应避开结构共振。 0.8fnsf1.2fns (5.0.12) 式中fns表示第n阶结构固有频率,Hz。 5.0.13 管道系统应具有足够的刚性, 整个管系的基频不应小于6Hz。 5.0.14 管道结构动力计算程序可采用美国CAESAR程序。 5.0.15 由压力脉动引起的管道振动位移应控制在表5.0.15的范围之内。 表5.0.15 振动频率(Hz) 4 6 8 10 20 双振幅(mm) 0.8 0.7 0.6 0.5 0.35 中间值按线性插值计算。 5.0.16 根据API-618的规定, 由压力脉动引起的管道振动所产生的循环应力不应超过材 料的疲劳极限。对操作温度低于371的碳钢管道，循环应力峰-峰值还应小于179MPa。 5.0.17 管道支架的刚度大小直接影响管道的动力特性，支架应具有足够的刚度，应力分 析应提出支架设计的刚度要求。 5.0.18 采用CAESAR程序计算管道的动力响应时，不平衡力（包括力幅、频率和相 位）按石油化工装置工艺安装设计手册第十七章第四节中的有关方法确定。 5.0.19 振动分析应提交下列计算结果： a）最大压力不均匀度值及其所在位置； b）气柱固有频率； c）管道结构固有频率； d）支架位置及型式； e）特殊支架的示意图； f）各支架承受的动荷载。 5.0.20 凡进行过振动分析的往复式压缩机管道设计施工图，应由振动分析人员会签。 工工工工 程程程程 标标标标 准准准准 往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定 标准号标准号标准号标准号:BA3:BA3:BA3:BA3- - - -6 6 6 6- - - -1 1 1 1- - - -1997199719971997 修改号修改号修改号修改号 日期日期日期日期 1997 1997 1997 1997 年年年年 10 10 10 10 月月月月 24 24 24 24 日日日日 中国石化北京设计院中国石化北京设计院中国石化北京设计院中国石化北京设计院 共共共共 10 10 10 10 页页页页 第第第第 8 页页页页 1 附录A 往复压缩机管道振动分析安装数据表仅限于设计院内部使用，由工艺安装专业填写。 往复压缩机管道振动分析 炼厂名称 安装数据表 装置名称 （SI单位） 制表人 表A 管道总体平面规划是否已经应力分析专业认可？ O是 O否 管道采用 O单层 O双层 布置； 双层布置的楼面顶标高为 （m） 厂房内共有 台往复式压缩机 机 为 机 为 机 为 机 为 机 为 机 为 机 为 机 为 机 为 工工工工 程程程程 标标标标 准准准准 往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定 标准号标准号标准号标准号:BA3:BA3:BA3:BA3- - - -6 6 6 6- - - -1 1 1 1- - - -1997199719971997 修改号修改号修改号修改号 日期日期日期日期 1997 1997 1997 1997 年年年年 10 10 10 10 月月月月 24 24 24 24 日日日日 中国石化北京设计院中国石化北京设计院中国石化北京设计院中国石化北京设计院 共共共共 10 10 10 10 页页页页 第第第第 9 页页页页 1 已向应力分析专业提交 O附录B O附录C O管道立体图 O平面图 备注： 附录B 往复压缩机管道振动分析工艺数据表仅限于设计院内部使用，由工艺专业填写。 往复压缩机管道振动分析 炼厂名称 工艺数据表 装置名称 （SI单位） 制表人 表B 操 作 条 件 吸气压力(绝): 一级 （Mpa） 二级 （MPa） 三级 (MPa) 排气压力(绝): 一级 (Mpa) 二级 (MPa) 三级 (MPa) 吸气温度: 一级 () 二级 () 三级 () 排气温度: 一级 () 二级 () 三级 () 介质: O空气 O氢气 O氧气 O氮气 O水汽 O一氧化碳 O二氧化碳 O含油气体 O其它 计算分子量: 密度: (kg/m3) 计算流速: 吸气管 (m/s) 排气管 (m/s) 操作条件下的热力学参数: 绝热指数 试 运 条 件 吸气压力(绝): 一级 （Mpa） 二级 （MPa） 三级 (MPa) 工工工工 程程程程 标标标标 准准准准 往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定往复式压缩机管道防振设计规定 标准号标准号标准号标准号:BA3:BA3:BA3:BA3- - - -6 6 6 6- - - -1 1 1 1- - - -1997199719971997 修改号修改号修改号修改号 日期日期日期日期 1997 1997 1997 1997 年年年年 10 10 10 10 月月月月 24 24 24 24 日日日日 中国石化北京设计院中国石化北京设计院中国石化北京设计院中国石化北京设计院 共共共共 10 10 10 10 页页页页 第第第第 10 页页页页 1 排气压力(绝): 一级 (Mpa) 二级 (MPa) 三级 (MPa) 吸气温