電驅動往復式壓縮機組沉降監(jiān)測與分析技術

張宏，陳浩，盧宏偉，李治中國石油長慶油田分公司儲氣庫管理處，陜西靖邊718500

電驅動往復式壓縮機組沉降監(jiān)測與分析技術

張宏，陳浩，盧宏偉，李治
中國石油長慶油田分公司儲氣庫管理處，陜西靖邊718500

受復雜的地質情況、工程施工質量及壓縮機組自重的影響，壓縮機組在安裝完成后及運行過程中可能產(chǎn)生基礎縱向沉降或明顯的不均勻沉降。以長慶油田某集注站三臺電驅往復式壓縮機組沉降監(jiān)測為例，介紹了沉降的監(jiān)測方法，并通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析來預測地基變形。經(jīng)全年沉降觀測，測得該集注站壓縮機基礎全年最大沉降值為0.58 mm，最大沉降速率為0.007 mm/d，均小于規(guī)范允許值。且經(jīng)過一年的運行，沉降速率放緩，表明基礎沉降已趨于穩(wěn)定，不會對生產(chǎn)運行產(chǎn)生不利影響。

壓縮機組；沉降；監(jiān)測方法；結果分析

受復雜的地質情況、工程施工質量及壓縮機組自重的影響，壓縮機組在安裝完成后及運行的過程中可能產(chǎn)生基礎縱向沉降或明顯的不均勻沉降。因此，設備安裝后對設備基礎進行沉降監(jiān)測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析來判斷及預測地基變形，確保地基變形可控已成為保障壓縮機安全運行的重要工作。本文以長慶某集注站三臺電驅往復式壓縮機組沉降監(jiān)測為例，討論并分析了沉降監(jiān)測技術的具體實施方法。

1 工程概況

長慶某儲氣庫集注站位于陜西省靖邊縣，站內安裝有3臺4 500 kW電驅往復式壓縮機，單臺電驅壓縮機質量為71.8 t，壓縮機組采用鋼筋混凝土基礎。場地內地層為細砂，承載力低，無法作為建筑物的天然地基。地基采用墊層法處理，基礎素混凝土墊層下采用1.0 m厚整片級配礫石墊層，壓實系數(shù)不小于0.97，處理后地基承載力特征值不小于200 kPa。基礎底面以上基坑部分為礫石分層回填，壓實系數(shù)不小于0.95。根據(jù)巖土勘察報告，基礎施工處水位埋深3.5～6.0 m之間，受季節(jié)變化降雨量影響，水位升降幅度可達約1.0 m左右，可能會影響到基礎穩(wěn)定性。

為判斷壓縮機組基礎沉降的情況，對壓縮機組進行沉降監(jiān)測。本監(jiān)測采用閉合水準線路測量，通過對測量的觀測點高差進行分析計算，從而判斷基礎沉降情況。

2 沉降監(jiān)測

集注站壓縮機屬于動設備，在運行過程中會產(chǎn)生振動，因而本次沉降監(jiān)測主要觀測壓縮機在停機狀態(tài)下的均勻沉降及正常運行中出現(xiàn)的不均勻沉降。

本次沉降監(jiān)測于2014年底完成建網(wǎng)初測，而后每季度測量一次，2015年全年共復測4次。初始測量記錄每臺壓縮機十組觀測點的初始標高。觀測成果的記錄以mm為單位，均精確到0.01 mm。

2.1測量儀器

初測使用拓普康DL-501電子水準儀1臺（該水準儀1 km往測與返測高差的平均值的誤差不超過0.3 mm）、衛(wèi)星定位儀2臺、全站儀1臺。

復測階段，使用拓普康DL-501電子水準儀1臺、全站儀1臺。測量結果需符合JGJ/T 8-2007《建筑變形測量規(guī)范》及GB 50026-2007《工程測量規(guī)范》要求。根據(jù)儀器參數(shù)計算得到測站高差誤差為0.135 mm，符合Ⅰ等水準測量要求。

2.2技術要求

本次測量按照一級變形測量的精度要求作業(yè)，其技術指標見表1。

表1　水準測量的主要技術指標

2.3基準點及觀測點的布設

2.3.1基準點

為了監(jiān)測壓縮及基礎的主體沉降，在其影響范圍之外的穩(wěn)定地區(qū)埋設了3個基準點（LVL-21～23），如圖1所示。

基準點標志采用混凝土標石，作為觀測的起算點。此點要在埋設好兩個星期后才可啟用。

圖1　壓縮機沉降觀測基準點布置示意

2.3.2觀測點

每臺壓縮機的基座設6個變形觀測點，用沖擊鉆在觀測點打孔，固定沉降觀測標志。如圖2所示。

圖2　壓縮機基座沉降觀測點布置示意

每臺壓縮機的4個吊耳的最高點可以作為機身變形傾斜的觀測點，用電鉆在此打一個2 mm的小孔作為觀測標記，并在吊耳一側打孔做標記作為頂部標記的備用點，如圖3所示。

圖3　壓縮機基座變形觀測點

2.4水準線路的確定及閉合差計算

本次監(jiān)測選取兩條水準線路，第一條水準線路為3個基準點構成的基準網(wǎng)，定期進行聯(lián)測，以檢測基準點的穩(wěn)定性；第二條水準線路用于測量觀測點標高。每次觀測都以固定的閉合觀測線路測量觀測點高程，以降低測量誤差，提高觀測精度。水準線路的選擇如圖4所示。

圖4　水準線路1

本次沉降監(jiān)測執(zhí)行Ⅰ等水準測量要求，根據(jù)規(guī)范要求，水準線路閉合差需滿足如下公式要求：

式中：F為閉合線路長度，km，當小于1 km時按1 km計算。由于本次測量的閉合線路均小于1 km，所以本次沉降觀測選用的兩條水準線路閉合差需≤2 mm。

水準線路閉合差計算公式：

式中：H終測為水準測量的實測高程，mm；H終理為水準測量的高程理論值，mm。

3 沉降監(jiān)測結果及分析

3.1沉降監(jiān)測結果

本次沉降監(jiān)測進行了4次復測，每次復測測量兩條水準線路，第一條水準線路用于檢查基準點，第二條水準線路用于測量觀測點標高。根據(jù)觀測需要，觀測過程中采用獨立的平面坐標系和獨立的高程系統(tǒng)，以LVL-21為高程起算點。每次觀測均計算線路閉合差并與限差進行比較，超限則重新觀測以確保觀測質量。

通過對兩條水準線路分別測量，根據(jù)高差法分別求得各測站的高程，最后按2.3節(jié)計算出水準線路閉合差。經(jīng)計算可知，本次測量水準線路1閉合差為0.005 mm，水準線路2閉合差為-0.150 mm，滿足Ⅰ等水準測量要求。

同時，每次觀測后記錄觀測點高程、本次沉降量及累計沉降量，本文以等值線和變化趨勢曲線直觀表示壓縮機組基礎沉降的變化。

3.1.1總沉降量的數(shù)值和等值線圖

沉降觀測點的分布和沉降量可用等值線更直觀地表示，如圖5所示。

圖5　沉降觀測點的分布和總沉降量

3.1.2沉降量變化趨勢

由于3臺壓縮機組均采用換土墊層法進行地基處理，因而3臺壓縮機基礎地基土質情況相同，在此可以認為3臺壓縮機連續(xù)沉降變化趨勢基本相同，僅選取1#壓縮機為例分析。時間與沉降量的變化關系如圖6所示。

圖61　#壓縮機各觀測點沉降變化趨勢

從圖6可以得出：

（1）6個觀測點從第一次觀測開始沉降量逐漸升高并在6～7月達到最大值，此后沉降量逐漸降低并趨于一致。結合陜北地區(qū)氣溫變化的規(guī)律，氣溫回暖導致凍土解凍是壓縮機沉降量上升的原因。

（2）第三次觀測中出現(xiàn)壓縮機基礎中部下沉，兩端升高的現(xiàn)象，壓縮機基礎中心（3、6號觀測點）呈現(xiàn)負值，四個角點（1、2、4、5號觀測點）呈現(xiàn)正值，考慮到壓縮機各部件的安裝位置，發(fā)現(xiàn)是由于基礎荷載分布不均勻，導致壓縮機基礎中部荷載大于其他區(qū)域。

3.2監(jiān)測結果分析

3.2.1壓縮機組基礎穩(wěn)定性

將壓縮機6個觀測點沉降值的均值作為該壓縮機的基礎沉降值。根據(jù)《建筑變相測量規(guī)范》所給定的西安地區(qū)指標：接近穩(wěn)定時的周期允許沉降值為1 mm/100 d，穩(wěn)定控制指標定為0.01 mm/d。將1#壓縮機4次復測的基礎沉降值與規(guī)范允許沉降值進行對比，對比結果見圖7，沉降速率的對比結果見圖8。由圖7和圖8可知，全年最大沉降值為0.58 mm，在規(guī)范允許范圍內，最大沉降速率為0.007 mm/d，滿足穩(wěn)定指標，因此1#壓縮機基礎穩(wěn)定。

圖71　#壓縮機基礎沉降量

圖81　#壓縮機基礎沉降速率

3.2.2壓縮機組不均勻沉降

根據(jù)GB50007-2011《建筑地基基礎設計規(guī)范》給出的地基變形允許值，選取坡比0.002為基礎不均勻沉降的允許值，觀測點之間距離均大于4.5 m，所以不均勻沉降允許值為4.5×1 000×0.002=9（mm）。通過對比1#壓縮機4次復測的基礎沉降值與規(guī)范給定的地基變形允許值，其對比結果見圖9?？芍獕嚎s機整體沉降穩(wěn)定，沉降值在指標范圍內。

綜上所述，通過對長慶儲氣庫某集注站壓縮機基礎沉降進行的監(jiān)測與分析，該集注站壓縮機基礎沉降全年檢測中沉降量最大值為0.58 mm，沉降速率最大值為0.007 mm/d，均小于允許值。

圖9　1#壓縮機基礎不均勻沉降分析

4 結束語

通過對長慶儲氣庫某集注站三臺電驅往復式壓縮機組沉降監(jiān)測，可以發(fā)現(xiàn)設備荷載的不均勻分布以及溫度的影響都會造成設備的不均勻沉降。

經(jīng)過一年的運行，各觀測點沉降量趨于相同，且沉降速率有放緩的趨勢，可認為目前基礎沉降已趨于穩(wěn)定，不會對生產(chǎn)運行產(chǎn)生不利影響，同時表明針對該地區(qū)地質條件，在地基處理時使用換土墊層法是有效的。

［1］劉舜.高層建筑物沉降監(jiān)測及結果分析［J］.四川建筑，2011，2 （30）：156-158.

［2］仇春平，邸慶生，周鳴，等.建筑沉降監(jiān)測方法及實踐［J］.礦山測量，2007，12（4）：32-34.

［3］程景龍.建筑工程沉降監(jiān)測若干問題的探討［J］.黑龍江交通科技，2007，11（29）：149-150.

Settlement Monitoring and Analysis Techniques for Electric-driven Reciprocating Compressor Set

ZHANG Hong，CHEN Hao，LU Hongwei，LIZhi
Gas Storage Management Office of PetroChina Changqing Oilfield Branch，Jingbian 718500，China

Complex geological conditions，construction quality and compressor self-weight may lead to vertical settlement or obvious uneven settlement of a compressor set after its installation and during its operation.This paper mainly focuses on the settlement observation and monitoring techniques of three electric-driven reciprocating compressor sets at a certain gas station in Changqing Oilfield，predicts the foundation deformation on the basis of measurement data.According to th e settlement monitoring，the annual maximum settlement value is 0.58 mm and the maximum settlement rate is 0.007 mm/d，which are both less than the allowable values.After one year of operation，the settlement rate has slowed down，indicating that the foundation settlement has stabilized without adversely effect to the production.

compressor set；settlement；monitoring method；result analysis

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.04.018

張宏（1973-），男，甘肅平?jīng)鋈?，工程師?005年畢業(yè)于西北政法大學法律專業(yè)，現(xiàn)從事質量安全管理工作。

Email：zh01cq@petrochina.com.cn

2016-03-12