陳旭華 李 剛 鐘沅瀚

（1.中國石油西南油氣田分公司成都天然氣化工總廠，四川 成都 610213；2.中國石油集團(tuán)濟(jì)柴動(dòng)力總廠成都壓縮機(jī)廠，四川 成都 610100；3.中國石油西南油氣田分公司蜀南氣礦，四川 安岳 642352）

0 引言

活塞式壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于液化天然氣裝置、天然氣增壓場站作業(yè)，作為其中的關(guān)鍵設(shè)備，用于提高氣體壓力，便于氣體介質(zhì)的輸送。由于在天然氣采集、輸送中起到的重要作用，對其日常維護(hù)保養(yǎng)、維修檢修顯得十分關(guān)鍵?；钊綁嚎s機(jī)在使用過程中會出現(xiàn)介質(zhì)壓力波動(dòng)、潤滑不良或冷卻系統(tǒng)異常等引起的設(shè)備故障，還有一種最常見的故障是壓縮機(jī)振動(dòng)異常引起配套管線設(shè)備共振造成管線斷裂。壓縮機(jī)和管線共振一旦在管線局部應(yīng)力集中處達(dá)到疲勞破壞的強(qiáng)度極限，則會造成管線斷裂，從而影響整個(gè)工藝系統(tǒng)的生產(chǎn)和運(yùn)行。為解決類似問題，以某油田作業(yè)區(qū)空氣壓縮機(jī)組的振動(dòng)故障為例，進(jìn)行測試分析，找出引起振動(dòng)的原因，提出可供普遍參考的有效控制壓縮機(jī)組振動(dòng)的整改技術(shù)措施。

1 機(jī)組參數(shù)及運(yùn)行情況

某油田作業(yè)區(qū)采用的活塞式壓縮機(jī)的機(jī)組為上海優(yōu)耐特斯壓縮機(jī)有限公司成撬的活塞式壓縮機(jī)組，主機(jī)由英國康普艾壓縮機(jī)公司（COMPAir）生產(chǎn)，型號為54702-3*80，其主要參數(shù)如表1所示。機(jī)組布置情況如圖1所示。

圖1 機(jī)組布置圖

表1 某油田作業(yè)區(qū)活塞式壓縮機(jī)組主要參數(shù)表

該油田作業(yè)區(qū)活塞式壓縮機(jī)組2012年9月投入運(yùn)行，到2017年底2號、3號、4號、5號、6號機(jī)組運(yùn)行時(shí)間分別為1 396 h、730 h、1 222 h、896 h、1 793 h。使用過程中發(fā)現(xiàn)2號、3號、4號和6號機(jī)組出現(xiàn)以下異常情況和故障：

① 2號機(jī)組：活塞機(jī)振動(dòng)較大，滴油器固定處振斷2次。

② 3號機(jī)組：活塞機(jī)振動(dòng)較大，加油泵油位顯示管／內(nèi)管斷裂；二級管線在管夾固定處斷裂一根。

③ 4號機(jī)組：一級進(jìn)口管線焊接處斷裂漏氣，進(jìn)行補(bǔ)焊3次；由于振動(dòng)較大，管線管鉗脫落、活塞機(jī)滴油器絲扣損壞。

④ 6號機(jī)組：二級管線在接頭出口處斷裂一根。

2 活塞式壓縮機(jī)組振動(dòng)測試分析

2.1 測試結(jié)果

以2號機(jī)組為例對活塞式壓縮機(jī)組進(jìn)行振動(dòng)測試，結(jié)果認(rèn)為機(jī)組振動(dòng)略大。

① API618管路設(shè)計(jì)振動(dòng)準(zhǔn)則為：頻率低于10 Hz，許用振幅為0.5 mm峰-峰值；頻率在10到200 Hz之間，許用振動(dòng)速度為32 mm／s峰-峰值。從整改前檢測數(shù)據(jù)來看，管線振動(dòng)值略大，但只有一級出口管線超標(biāo)。

② 根據(jù)GB／T 7777-2003《容積式壓縮機(jī)機(jī)械振動(dòng)測量與評價(jià)》規(guī)定的對于固定式角度式壓縮機(jī)，壓縮機(jī)振動(dòng)烈度不得大于28 mm／s，從整改前檢測數(shù)據(jù)來看，主機(jī)振動(dòng)正常。

③ 根據(jù)全球最大的壓縮機(jī)專業(yè)制造商ARIEL公司對相近轉(zhuǎn)速和功率壓縮機(jī)底座的振動(dòng)烈度要求為小于2.5 mm／s，可見地基振動(dòng)超標(biāo)。

從整改前檢測數(shù)據(jù)來看，雖大部分振動(dòng)值未超過標(biāo)準(zhǔn)，但氣柱共振和機(jī)械共振仍導(dǎo)致管線斷裂。

2.2 故障原因

管線剛度低是振動(dòng)破壞的主要原因，一方面，導(dǎo)致管線整體振動(dòng)偏大，另一方面，管線自身抵抗振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力的能力低，最終在管線應(yīng)力集中處造成破壞。具體故障原因包括：

① 根據(jù)API 11P《壓縮機(jī)規(guī)范》規(guī)定，工藝管道壁厚有最小壁厚要求，而目前工藝管線的壁厚大部分低于此最低要求（表2），導(dǎo)致管線剛度不足。

② 進(jìn)氣管線有一段軟管，使進(jìn)氣管線整體剛度下降，且與軟管相連的管道沒有固定，相當(dāng)于一端自由的管道，振動(dòng)無法被約束。

表2 2號機(jī)組管線壁厚值表

③ 壓縮機(jī)主撬下面型鋼內(nèi)部為中空，剛度不足。

④ 管卡本身結(jié)構(gòu)造成剛度低，管卡布置不合理，造成管卡的約束不起作用，甚至起到副作用。

⑤ 工藝管線破壞處均為局部應(yīng)力集中處，因最先達(dá)到疲勞破壞強(qiáng)度極限而產(chǎn)生破壞［4］。

3 活塞式壓縮機(jī)組振動(dòng)問題整改方案及效果

3.1 整改方案

根據(jù)振動(dòng)原因分析，采用以下措施對某氣田作業(yè)區(qū)2號壓縮機(jī)組進(jìn)行整改：一是更換一、二級工藝管線，采用管壁更厚的管道，增加剛度，提高抵抗振動(dòng)破壞的能力，整改后的數(shù)據(jù)如表3所示；二是工藝管線重新布線，盡量做到橫平豎直，降低激振力；減少懸空管段長度并合理支撐和固定；三是機(jī)組底座灌漿，增加基礎(chǔ)剛度，降低基礎(chǔ)振動(dòng)；四是采用剛度更高的管卡結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)管卡的約束固定能力（圖2），合理布置管卡位置，降低機(jī)械振動(dòng)；五是增大集氣塊容積（至少為原集氣塊容積的3倍），減小氣流脈動(dòng)，如圖3所示［1-3］。

圖2 整改后的管卡結(jié)構(gòu)圖

圖3 增大集氣塊容積示意圖

3.2 整改效果

經(jīng)過以上措施整改后，壓縮機(jī)組管線做到橫平豎直，減少了懸空管長度，提高剛度，增強(qiáng)了管卡的約束固定能力，空氣壓縮機(jī)機(jī)組管線振動(dòng)振幅滿足API618規(guī)定的不超過32mm／s峰-峰值，滿足按GB／T7777-2003《容積式壓縮機(jī)機(jī)械振動(dòng)測量與評價(jià)》對于固定式角度式壓縮機(jī)振動(dòng)烈度要求，改造后振動(dòng)烈度和振幅數(shù)據(jù)見表3。根據(jù)規(guī)定，管線改造后烈度應(yīng)小于等于32 mm／s，壓縮機(jī)振動(dòng)烈度不得大于28 mm／s。根據(jù)測量值，管線改造符合要求。整改后機(jī)組有效避免因振動(dòng)產(chǎn)生的疲勞應(yīng)力而造成破壞，機(jī)組正常運(yùn)行。2號機(jī)組整改經(jīng)驗(yàn)可向其他機(jī)組進(jìn)行推廣。

表3 某油田作業(yè)區(qū)2號機(jī)組改造前后振動(dòng)對比表

4 結(jié)論

壓縮機(jī)工藝管道系統(tǒng)應(yīng)注意管線厚度按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（推薦API 11P《壓縮機(jī)規(guī)范》）執(zhí)行，并可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增加壁厚，管道布局盡量靠近底座或剛性好的支撐座上，增加集氣罐容積并采用合理結(jié)構(gòu)來降低氣流脈動(dòng)，增強(qiáng)管卡約束力并布置于合理位置，增加底座剛度等措施，達(dá)到降低壓縮機(jī)振動(dòng)的目的。