天然氣離心式壓縮機組應(yīng)力分析方法

李研(中油遼河工程有限公司， 遼寧 盤錦 124010)

天然氣離心式壓縮機組應(yīng)力分析方法

李研(中油遼河工程有限公司， 遼寧 盤錦 124010)

離心式壓縮機是長輸管道的核心設(shè)備，為保證壓縮機的正常運行，需對壓縮機組管線進(jìn)行應(yīng)力分析。西氣東輸三線項目采用CAESAR Ⅱ軟件對壓縮機組進(jìn)行管口應(yīng)力分析，文中介紹了應(yīng)力分析時需要注意的問題和建模時的技巧、方法。

CAESAR Ⅱ；離心式壓縮機；應(yīng)力

西氣東輸三線天然氣管道西段(霍爾果斯～中衛(wèi))工程干線起于新疆霍爾果斯，止于寧夏中衛(wèi)，線路全長2445km，設(shè)計輸量300×108m3/a，管徑1219mm，設(shè)計壓力12MPa。共設(shè)置12座中間壓氣站，共47臺壓縮機。壓縮機為長輸管線的核心，因此壓縮機組管線的平穩(wěn)運行是保證4000km長輸管線安全運行的前提。

1 離心式壓縮機應(yīng)力分析依據(jù)

離心式壓縮機組管線的應(yīng)力分析主要為一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和壓縮機管口荷載和位移的校核。

一般離心式壓縮機的進(jìn)出口溫差較大，壓縮機出口溫度相對較高，壓縮機設(shè)備本體和管系必定會產(chǎn)生熱應(yīng)力。在施工過程中管道安裝應(yīng)力和熱應(yīng)力形成合應(yīng)力，會對壓縮機的驅(qū)動器造成扭曲和破壞，造成壓縮機無法正常運行。因此根據(jù)美國石油學(xué)會(API)617標(biāo)準(zhǔn)《石油、化學(xué)和氣體工業(yè)用離心式壓縮機》壓縮機出口管道在熱態(tài)時所產(chǎn)生的力和力矩，必須小于壓縮機出口管嘴所允許承受的外力和力矩。

2 壓縮機分析基礎(chǔ)參數(shù)

以古浪壓氣站為例對壓縮機組的配管進(jìn)行應(yīng)力分析。

(1)壓力 所有管線設(shè)計壓力12MPa(G)；壓縮機進(jìn)口管線最大操作壓力10.4MPa(G)；壓縮機出口管線最大操作壓力11.8MPa(G)；

(2)溫度 壓縮機進(jìn)口管道設(shè)計溫度60℃，出口80℃；壓縮機進(jìn)口管線最大操作溫度30.8℃；壓縮機出口管線最大操作溫度59.9℃；

(3)管線 當(dāng)管線管徑≥DN1200采用直縫埋弧焊鋼管X80；當(dāng)管線DN1000≥管徑≥DN700采用直縫埋弧焊鋼管X70；當(dāng)管線DN600≥管徑≥DN500采用直縫埋弧焊鋼管L415MB。

3 離心式壓縮機組管線應(yīng)力分析方法

使用CAESAE Ⅱ軟件對古浪站壓縮機組管線進(jìn)行建模分析，模型如圖1所示：

(1)一次應(yīng)力校核結(jié)果：根據(jù)校核結(jié)果S1=116686.8kPa，Sh=188226.9 kPa， S1≤Sh一次應(yīng)力滿足校核結(jié)果。

(2)二次應(yīng)力校核結(jié)果：根據(jù)校核結(jié)果SE=130238.2kPa，SA=356426.0kPa， SE≤SA二次應(yīng)力滿足校核結(jié)果。

(3)離心式壓縮機管口荷載校核。壓縮機廠家提供的進(jìn)出口允許力和力矩值如下：

圖1 古浪壓氣站應(yīng)力分析模型

按照管嘴受力是否有摩擦力兩種工況，計算結(jié)果如下：根據(jù)以上計算結(jié)果，壓縮機力矩值Mx和Mz沒有滿足壓縮機廠家的要求。

壓縮機力矩值分析：根據(jù)實際經(jīng)驗和其它壓縮機站場運行情況，壓縮機出入口管線不需要設(shè)摩擦力，因此在沒有摩擦力的情況下，計算后的Mx力矩值符合廠家的要求。

4 結(jié)論與建議

(1)假管支撐。在設(shè)備的進(jìn)出口管線上，如果彎頭存在，為了保證計算的應(yīng)力和現(xiàn)場實際保持一致，在建模時須在彎頭處增加一個假管支撐。假管在模型里面相當(dāng)于一個0重量的剛性元件，溫度與管道相同。以壓縮機出口管線10節(jié)點為例：

建模時增加假管支撐計算結(jié)果為：MY/N·m=-27042；

建模時無假管支撐計算結(jié)果為：MY/N·m=-46871；

從計算結(jié)果可以看出是否增加假管支撐對力矩值影響很大，而且只有增加假管才能保證與現(xiàn)場的真實情況保持一致，否則計算結(jié)果與真實情況相差會是成倍的關(guān)系。

(2)如何處理摩擦力的問題。一般管線在導(dǎo)向架和限位架上的摩擦力通常設(shè)為0，因為管線是在間隙之間來回運動的。壓縮機的管口不設(shè)摩擦力是因為壓縮機為震動設(shè)備，管口和支架幾乎沒有接觸，并根據(jù)現(xiàn)場實際經(jīng)驗在應(yīng)用CAESAR Ⅱ軟件計算時可以把摩擦力設(shè)為0。

[1]API617石油、化學(xué)和氣體工業(yè)用離心式壓縮機[S].

表2 壓縮機管口校核