活塞式壓縮機組的振動問題及整改

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.中國石油集團濟柴動力總廠成都壓縮機廠，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

活塞式壓縮機廣泛應用于液化天然氣裝置、天然氣增壓場站作業(yè)，作為其中的關鍵設備，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，對其日常維護保養(yǎng)、維修檢修顯得十分關鍵?；钊綁嚎s機在使用過程中會出現(xiàn)介質(zhì)壓力波動、潤滑不良或冷卻系統(tǒng)異常等引起的設備故障，還有一種最常見的故障是壓縮機振動異常引起配套管線設備共振造成管線斷裂。壓縮機和管線共振一旦在管線局部應力集中處達到疲勞破壞的強度極限，則會造成管線斷裂，從而影響整個工藝系統(tǒng)的生產(chǎn)和運行。為解決類似問題，以某油田作業(yè)區(qū)空氣壓縮機組的振動故障為例，進行測試分析，找出引起振動的原因，提出可供普遍參考的有效控制壓縮機組振動的整改技術措施。

1 機組參數(shù)及運行情況

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

圖1 機組布置圖

表1 某油田作業(yè)區(qū)活塞式壓縮機組主要參數(shù)表

該油田作業(yè)區(qū)活塞式壓縮機組2012年9月投入運行，到2017年底2號、3號、4號、5號、6號機組運行時間分別為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號機組出現(xiàn)以下異常情況和故障：

① 2號機組：活塞機振動較大，滴油器固定處振斷2次。

② 3號機組：活塞機振動較大，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號機組：一級進口管線焊接處斷裂漏氣，進行補焊3次；由于振動較大，管線管鉗脫落、活塞機滴油器絲扣損壞。

④ 6號機組：二級管線在接頭出口處斷裂一根。

2 活塞式壓縮機組振動測試分析

2.1 測試結(jié)果

以2號機組為例對活塞式壓縮機組進行振動測試，結(jié)果認為機組振動略大。

① API618管路設計振動準則為：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，管線振動值略大，但只有一級出口管線超標。

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

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

從整改前檢測數(shù)據(jù)來看，雖大部分振動值未超過標準，但氣柱共振和機械共振仍導致管線斷裂。

2.2 故障原因

管線剛度低是振動破壞的主要原因，一方面，導致管線整體振動偏大，另一方面，管線自身抵抗振動產(chǎn)生的應力的能力低，最終在管線應力集中處造成破壞。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），導致管線剛度不足。

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

表2 2號機組管線壁厚值表

③ 壓縮機主撬下面型鋼內(nèi)部為中空，剛度不足。

④ 管卡本身結(jié)構造成剛度低，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力集中處，因最先達到疲勞破壞強度極限而產(chǎn)生破壞［4］。

3 活塞式壓縮機組振動問題整改方案及效果

3.1 整改方案

根據(jù)振動原因分析，采用以下措施對某氣田作業(yè)區(qū)2號壓縮機組進行整改：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；三是機組底座灌漿，增加基礎剛度，降低基礎振動；四是采用剛度更高的管卡結(jié)構，增強管卡的約束固定能力（圖2），合理布置管卡位置，降低機械振動；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，如圖3所示［1-3］。

圖2 整改后的管卡結(jié)構圖

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

表3 某油田作業(yè)區(qū)2號機組改造前后振動對比表

4 結(jié)論

壓縮機工藝管道系統(tǒng)應注意管線厚度按照相關標準（推薦API 11P《壓縮機規(guī)范》）執(zhí)行，并可根據(jù)實際情況適當增加壁厚，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)構來降低氣流脈動，增強管卡約束力并布置于合理位置，增加底座剛度等措施，達到降低壓縮機振動的目的。