整體式壓縮機(jī)振動(dòng)及噪聲治理效果分析
——以某氣田增壓站為例

張翼 周璟 王克瓊 敖梅

（中國石油西南油氣田公司川西北氣礦，四川 江油 621741）

整體式壓縮機(jī)振動(dòng)及噪聲治理效果分析
——以某氣田增壓站為例

張翼 周璟 王克瓊 敖梅

（中國石油西南油氣田公司川西北氣礦，四川 江油 621741）

針對(duì)天然氣壓縮機(jī)及附屬設(shè)備隨運(yùn)行時(shí)間增加產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲逐漸增大而影響機(jī)組操作人員身心健康的問題，以某氣田DZ增壓站為例進(jìn)行了振動(dòng)及噪聲原因分析，認(rèn)定原因包括地腳螺栓及管卡松動(dòng)或斷裂、空冷器風(fēng)扇軸承支撐架剛度不夠、運(yùn)動(dòng)部件嚴(yán)重磨損、氣流引起共振及消聲器吸聲材料損壞，在此基礎(chǔ)上有針對(duì)性地采取檢測并緊固地腳螺栓和管卡、按時(shí)保養(yǎng)并更換磨損嚴(yán)重的部件、增設(shè)固定支架避免形成共振以及更換新型寬頻消聲器等振動(dòng)和噪聲治理措施。

增壓站 整體式壓縮機(jī) 振動(dòng) 噪聲治理

0 引言

在氣田開采后期常使用天然氣壓縮機(jī)保持管道起點(diǎn)有較高的輸送壓力，從而維持穩(wěn)定的生產(chǎn)能力。每個(gè)處于開發(fā)后期的氣田都建有壓縮機(jī)站，每個(gè)機(jī)站都會(huì)配備一臺(tái)或多臺(tái)壓縮機(jī)用于氣舉排水或管道增壓輸送。隨著壓縮機(jī)數(shù)量的增多和壓縮機(jī)使用時(shí)間的增加，壓縮機(jī)本身及附屬設(shè)備產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲逐漸增大［1］，不僅給機(jī)組本身正常運(yùn)行帶來影響，同時(shí)也給機(jī)組操作人員造成身心健康的損害，因此對(duì)壓縮機(jī)站機(jī)組振動(dòng)及噪聲的治理就顯得尤為重要?，F(xiàn)以某氣田DZ增壓站噪聲治理措施及效果為例進(jìn)行探討。

1 DZ增壓站的基本情況

DZ增壓站是2009年4月投資新建的一座集增壓氣舉排水和增壓管輸為一體的綜合性場站。站內(nèi)共設(shè)有4臺(tái)整體式壓縮機(jī)，在場站正北方向呈一條直線排開（圖1），降噪設(shè)施有封閉式降噪房和阻抗型消聲器。2009-2010年該站使用氣舉壓縮機(jī)和管輸壓縮機(jī)各一臺(tái)（另兩臺(tái)備用）維持著某氣田60×104m3／d的生產(chǎn)能力。截至2010年年底，隨著氣田采出程度的增加和地層壓力的衰減，又增開了一臺(tái)增壓管輸?shù)膲嚎s機(jī)來確保天然氣的外輸壓力。3臺(tái)壓縮機(jī)全天不間斷地運(yùn)轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)本體及空冷器的振動(dòng)和噪聲隨使用時(shí)間的延長而增大，在員工值班室已經(jīng)能明顯感覺到輕微振動(dòng)，在值班室旁廁所狹小的空間里甚至?xí)蓄^暈的感覺。通過檢測發(fā)現(xiàn)部分監(jiān)測點(diǎn)的振動(dòng)值已嚴(yán)重超標(biāo)，降噪房周圍部分檢測點(diǎn)的噪聲值甚至超出了《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類的范圍，因此需采取有效措施進(jìn)行噪聲治理，以保證機(jī)組安全運(yùn)行的同時(shí)保障操作員工及周邊群眾的身心健康。

圖1 DZ增壓站場站布局示意圖

2 振動(dòng)及噪聲原因分析

2.1 振動(dòng)及噪聲產(chǎn)生的原因

通過仔細(xì)排查和分析，認(rèn)為該站整體式壓縮機(jī)主要振源為冷卻器、動(dòng)力缸及壓縮缸［2］。于是有針對(duì)性地查找原因：①通過檢查機(jī)組外圍固定設(shè)備

（地腳螺栓、管卡、支撐件等）的松緊度和剛度發(fā)現(xiàn)：3號(hào)機(jī)組風(fēng)扇軸承與曲軸連接皮帶下方有兩顆地腳螺栓松動(dòng)，4號(hào)機(jī)組空冷器下方有1顆地腳螺栓斷裂；3號(hào)、4號(hào)機(jī)組空冷器振動(dòng)較大原因?yàn)榭绽淦髦Ъ軇偠炔粔?，有輕微變形；2號(hào)機(jī)組二級(jí)排氣管支撐管卡斷裂。②月度保養(yǎng)過程中拆卸燃?xì)鈬娚溟y，檢查火花塞、電子盒等部件發(fā)現(xiàn)4臺(tái)機(jī)組共24只燃?xì)鈬娚溟y中有8只的氣門頂桿已嚴(yán)重磨損，負(fù)荷較重的1號(hào)機(jī)組、2號(hào)機(jī)組點(diǎn)火提前角出現(xiàn)了偏差。燃?xì)庖簤合到y(tǒng)管路里也有大量生料帶等雜質(zhì)物。③在機(jī)組停機(jī)大修過程中拆卸動(dòng)力缸及壓縮缸檢查運(yùn)動(dòng)部件的磨損程度中發(fā)現(xiàn)4臺(tái)機(jī)組的16副軸瓦中共有6副已嚴(yán)重磨損，48根動(dòng)力活塞環(huán)和8組壓縮活塞環(huán)磨損程度嚴(yán)重超標(biāo)。

2.2 振動(dòng)及噪聲超標(biāo)原因解析

1）地腳螺栓松動(dòng)或斷裂。對(duì)于該站已投入運(yùn)行的機(jī)組來說，摩擦系數(shù)和機(jī)組總重力是一定的，但因長時(shí)間振動(dòng)、故障停機(jī)導(dǎo)致載荷驟減等原因會(huì)引起地腳螺栓松動(dòng)或斷裂，使得地腳螺栓擰緊力逐步減小發(fā)生松動(dòng)，直接導(dǎo)致機(jī)組在基礎(chǔ)上的振動(dòng)幅度增大，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)孤菟〝嗔选?/p>

2）管卡松動(dòng)或斷裂。因長時(shí)間處于運(yùn)行狀態(tài)，為防止管道振動(dòng)而設(shè)計(jì)的支架管卡、固定螺栓會(huì)出現(xiàn)金屬疲勞而松動(dòng)或斷裂，加劇振動(dòng)。此外支架上原用于減震的橡膠墊因老化變硬或損壞，造成管卡無法完全固定管道，從而無法消除管道振動(dòng)及管道和支架間摩擦形成的噪聲。

3）空冷器風(fēng)扇軸承支撐架剛度不夠。在相同工況下運(yùn)行時(shí)，3號(hào)、4號(hào)機(jī)組空冷器振動(dòng)值（6～8 mm／s）相對(duì)1號(hào)、2號(hào)機(jī)組空冷器振動(dòng)值（2～4mm／s）超出很多，檢查發(fā)現(xiàn)是機(jī)組空冷器支架剛度不夠，有輕微變形，導(dǎo)致空冷器振幅增大并造成噪聲增大。

4）動(dòng)力缸動(dòng)力不均衡。整體式燃?xì)鈮嚎s機(jī)每個(gè)動(dòng)力缸配有兩個(gè)燃?xì)鈬娚溟y，正常情況下燃?xì)鈬娚溟y點(diǎn)燃進(jìn)入動(dòng)力缸的天然氣和空氣混合氣后推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。但有時(shí)因火花塞積炭、點(diǎn)火時(shí)間錯(cuò)亂或燃?xì)獗炔徽_等因素引起的動(dòng)力缸內(nèi)氣體爆燃會(huì)導(dǎo)致推力不均勻，進(jìn)而引起動(dòng)力缸和壓縮缸激振，振動(dòng)值和噪聲值會(huì)在正?；A(chǔ)上成倍上升。

5）運(yùn)動(dòng)部件嚴(yán)重磨損。因曲軸、十字頭等部件磨損，曲軸與軸瓦、十字頭與卡槽的間隙會(huì)越來越大，使動(dòng)力端推力與摩擦力形成的合力不在一條直線上而導(dǎo)致活塞在直線運(yùn)動(dòng)過程中跳動(dòng)，進(jìn)而使機(jī)組的振動(dòng)加大，嚴(yán)重時(shí)曲軸與軸瓦直接抱死，運(yùn)動(dòng)部件嚴(yán)重受損。同時(shí)，摩擦力引起旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的不平衡慣性力會(huì)逐步增大，超過飛輪設(shè)計(jì)的平衡能力范圍時(shí)，也會(huì)進(jìn)一步加劇機(jī)組振動(dòng)［3］。

6）共振使振幅加劇。首先，地腳螺栓松動(dòng)引起的振動(dòng)、管卡松動(dòng)引起的振動(dòng)、周期性壓縮天然氣

產(chǎn)生的氣流脈動(dòng)，在一定頻率范圍內(nèi)容易引起共振，導(dǎo)致振動(dòng)進(jìn)一步加劇；其次，4臺(tái)相同型號(hào)的整體機(jī)，不同的機(jī)組間振動(dòng)頻率也很接近，極易引起機(jī)組間的共振而使得振動(dòng)進(jìn)一步加劇。

7）消聲器內(nèi)部吸聲材料損壞。整體式壓縮機(jī)排氣溫度為350～400℃，高溫氣體經(jīng)動(dòng)力缸排氣管直接進(jìn)入消聲器內(nèi)部后排出，消聲器內(nèi)部的吸聲材料長時(shí)間與高溫氣體接觸易損壞。而沒有吸聲材料的消聲器又只能依靠其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行部分降噪。

3 振動(dòng)及噪聲治理的措施

1）檢查地腳螺栓和管卡等固定設(shè)施的松緊程度。日常巡檢過程中觀察機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)，觀察機(jī)組振動(dòng)值曲線，對(duì)于突然出現(xiàn)的異常振動(dòng)或逐漸升高的振動(dòng)數(shù)據(jù)，應(yīng)及時(shí)分析、及時(shí)查找原因，對(duì)松動(dòng)的地腳螺栓、管卡及時(shí)加固，對(duì)剛度不夠的支撐件及時(shí)增加支撐以減少振動(dòng)及噪聲的影響。

2）定期檢查動(dòng)力缸元件。通過檢查維修和更換磨損噴射閥頂桿和座圈，保證噴射閥及時(shí)開啟和關(guān)閉；確保燃?xì)庖簤合到y(tǒng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在正常范圍內(nèi)動(dòng)作，保證噴射閥開度從而確保動(dòng)力缸內(nèi)混合氣體進(jìn)入量；通過清除火花塞積炭或更換火花塞，保證火花塞能正常點(diǎn)火；檢查調(diào)整點(diǎn)火提前角，確保電子盒及高壓點(diǎn)火線圈正常工作。

3）檢查運(yùn)動(dòng)部件的磨損情況。通過按時(shí)進(jìn)行的月保養(yǎng)、半年保養(yǎng)、年度保養(yǎng)及三年期機(jī)組大修，及時(shí)檢查運(yùn)動(dòng)部件磨損程度和配合間隙值，對(duì)于磨損嚴(yán)重產(chǎn)生間隙超標(biāo)的磨損件和運(yùn)動(dòng)件應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修或更換，保證機(jī)組運(yùn)動(dòng)部件處于良好的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)正確的起停機(jī)操作和良好的潤滑狀態(tài)也是防止磨損加劇的措施。

4）增設(shè)固定支架。在吸氣和排氣管路上增設(shè)固定支架，避免管路振動(dòng)與氣流脈動(dòng)形成共振，同時(shí)也可適當(dāng)調(diào)整相鄰機(jī)組的飛輪轉(zhuǎn)速，在一定范圍內(nèi)盡可能避免機(jī)組間產(chǎn)生共振。

5）更換消聲器。通過分析認(rèn)為之前用的4臺(tái)阻抗型消聲器在結(jié)構(gòu)上吸收低頻噪聲能力較弱，且內(nèi)部吸聲材料大多已損壞，于是在2011年的大修過程中更換了4臺(tái)新型寬頻消聲器。

4 采取措施前后振動(dòng)及噪聲值對(duì)比

2011年DZ增壓站通過以上一系列治理措施，取得的效果十分明顯。2010年、2012年采取治理措施前后的監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)比見表1。

由表1可以看出，采取措施前廠界噪聲日間8個(gè)測點(diǎn)，只有兩測點(diǎn)達(dá)到GB12348-2008工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)2類要求，夜間只有8號(hào)測點(diǎn)達(dá)到2類要求，而采取措施后廠界噪聲日間8個(gè)測點(diǎn)均達(dá)到GB12348-2008工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)2類要求，夜間有4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)達(dá)到2類要求。數(shù)據(jù)表明這些措施對(duì)于噪聲治理起到較好的效果。

采取治理措施前后3臺(tái)在用機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)見表2。由表2可以看出采取措施前該站壓縮機(jī)基礎(chǔ)12個(gè)監(jiān)測點(diǎn)中有3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位移大于200μm，有1個(gè)測點(diǎn)速度大于6.3mm／s。采取措施后壓縮機(jī)基礎(chǔ)所有測點(diǎn)位移均小于評(píng)價(jià)指標(biāo)200μm，所有測點(diǎn)速度均小于評(píng)價(jià)指標(biāo)6.3mm／s，采取措施后該站振動(dòng)值全部控制在了指標(biāo)范圍以內(nèi)，振動(dòng)治理效果較為明顯。

表1 采取措施前后監(jiān)測點(diǎn)的廠界噪聲數(shù)據(jù)對(duì)比表

表2 采取措施前后3臺(tái)機(jī)組的振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)比表

5 結(jié)束語

引起整體式壓縮機(jī)振動(dòng)和噪聲加劇的原因除上所述外還有基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理、裝配間隙不合理、結(jié)構(gòu)選型不合理、管路設(shè)計(jì)不合理及緩沖罐緩沖效果不理想等，只有因地制宜地對(duì)不同地點(diǎn)、不同狀態(tài)的不同機(jī)組采取針對(duì)性的措施，才能起到減小振動(dòng)降低噪聲的效果。

［1］朱新社.往復(fù)式壓縮機(jī)管系振動(dòng)及其治理［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，2006,27（6）：50-53.

［2］駱江鋒.降低往復(fù)式壓縮機(jī)振動(dòng)與噪聲的設(shè)計(jì)［J］.食品與機(jī)械，2006，22（6）：91-94.

［3］時(shí)俊杰.往復(fù)式壓縮機(jī)振動(dòng)分析及管系改進(jìn)［J］.石油化工設(shè)備，2004，33（2）：68-69.

（編輯：蔣龍）

B

2095-1132（2014）05-0043-04

10.3969／j.issn.2095-1132.2014.05.013

修訂回稿日期：2014－09－09

張翼（1987－），助理工程師，從事規(guī)劃計(jì)劃工作。E-mail：522510607@qq.com