V 形往復(fù)式壓縮機(jī)管線振動(dòng)分析與減振措施

帕哈提·賽買(mǎi)提，于山江·麥麥提，肉鮮古力·阿不都吉力

（新疆油田公司采氣一廠，新疆克拉瑪依 834000）

0 引言

YY 氣田天然氣處理站富氣壓縮機(jī)為電動(dòng)V 形雙缸二級(jí)串列式活塞壓縮機(jī)，形號(hào)V-3/6-65，電機(jī)額定功率160 kW。壓縮機(jī)額定參數(shù)3 m3/min，日壓氣量30 000 m3，一級(jí)進(jìn)氣壓力0.6 MPa，一級(jí)排氣壓力2.2 MPa（安全閥設(shè)定2.5 MPa），二級(jí)出口壓力6.5 MPa（安全閥設(shè)定6.8～7 MPa）。V 形壓縮機(jī)是角度式壓縮機(jī)的一種，氣缸V 字形排列（圖1），在同一個(gè)曲拐上配置2 個(gè)連桿，與每個(gè)連桿對(duì)應(yīng)的氣缸中心線間有一定的夾角，因此結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。但需要內(nèi)部平衡各種力，以消除機(jī)組的振動(dòng)源，動(dòng)力平衡性要求較高。由于結(jié)構(gòu)上的原因，會(huì)對(duì)本體以及管線造成較大的振動(dòng)效應(yīng)。YY 氣田V 形壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，頻繁出現(xiàn)二級(jí)匯管斷裂問(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)采用振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀測(cè)取機(jī)組管線振動(dòng)幅值較高，管線振動(dòng)是匯管斷裂的原因。

1 管線振動(dòng)分析

壓縮機(jī)管線劇烈運(yùn)動(dòng)，影響壓縮機(jī)的容積效率，同時(shí)降低排氣量，一定程度上也會(huì)導(dǎo)致功率受到損壞，控制儀表使用壽命變短，排氣閥壽命會(huì)也受到影響，如果不及時(shí)處理，管線與其他配件連接部分會(huì)發(fā)生破裂或松弛，極易發(fā)生泄漏燃燒爆炸事故。V 形往復(fù)式壓縮機(jī)匯管線、緩沖罐及支架相連結(jié)構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)與機(jī)械結(jié)構(gòu)，經(jīng)分析，振動(dòng)產(chǎn)生的主要原因有3 個(gè)。

1.1 管流脈動(dòng)

管流脈動(dòng)主要是指管道流體的速度、壓力與密度出現(xiàn)周期性變化的現(xiàn)象。在往復(fù)壓縮機(jī)吸氣與排氣的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生周期性與間歇性的管道流體速度與壓力參數(shù)，變化的主要表現(xiàn)形式是時(shí)間上的變化。激振力的產(chǎn)生也是由于脈動(dòng)氣流在管道運(yùn)輸過(guò)程中遇到三通、彎管、法蘭等元件時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象，激振力在附屬設(shè)備與管道的作用下產(chǎn)生。

1.2 設(shè)備裝配或基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理

圖1 V 形雙杠結(jié)構(gòu)

振動(dòng)產(chǎn)生的原因主要是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)或設(shè)備裝配不合理造成的。壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的不平衡現(xiàn)象，也是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)或設(shè)備裝配細(xì)節(jié)問(wèn)題導(dǎo)致。若地腳支承不穩(wěn)定，會(huì)嚴(yán)重影響到管線振動(dòng)能量，分析顯示，管道振動(dòng)的主要原因就是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理。

1.3 共振

氣柱是管路系統(tǒng)內(nèi)容納氣體的簡(jiǎn)稱(chēng)。氣柱可以壓縮膨脹，像振動(dòng)系統(tǒng)的彈簧，也存在一定的質(zhì)量。因此，氣柱自身也是振動(dòng)系統(tǒng)，在外界的激發(fā)力之下會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象。壓縮機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)周期性地向管路吸氣、排氣，管路中的氣體產(chǎn)生激振力引起氣柱振動(dòng)。按API 壓縮規(guī)程，氣柱共振指壓縮機(jī)激發(fā)頻率為（0.8～1.2）倍氣柱共振頻率時(shí)，管道中的氣柱處于共振狀態(tài)，此時(shí)氣流壓力脈動(dòng)異常嚴(yán)重，引起管道、壓縮機(jī)和基礎(chǔ)的強(qiáng)烈振動(dòng)。

氣田各壓縮機(jī)匯管都有不同程度振動(dòng)幅值，其中YY 氣田壓縮機(jī)振動(dòng)較大，超出ISO 10816—6《壓縮機(jī)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：往復(fù)式機(jī)器振動(dòng)分類(lèi)和指導(dǎo)值參考》規(guī)定范圍，結(jié)合壓縮機(jī)匯管布置和氣流脈動(dòng)，分析振動(dòng)原因。

2 二級(jí)匯管振動(dòng)監(jiān)測(cè)與分析

根據(jù)振動(dòng)機(jī)理，利用振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器，對(duì)YY 氣田V 形壓縮機(jī)機(jī)組缸體、氣閥、電機(jī)及各管線水平、垂直、軸向3 個(gè)方向測(cè)點(diǎn)進(jìn)行組態(tài)，通過(guò)5 次振動(dòng)監(jiān)測(cè)，建立機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)，每臺(tái)壓縮機(jī)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)振動(dòng)幅值歷史曲線見(jiàn)圖2、圖3。

振動(dòng)歷史曲線顯示，壓縮機(jī)機(jī)組二級(jí)匯管加速度值＞20 m/s2，其主要分布在二級(jí)匯管，以3 號(hào)機(jī)組為例，二級(jí)匯管3 個(gè)方向測(cè)點(diǎn)加速度值＞22 m/s2，平均值為24 m/s2。

按照ISO 10816—6《壓縮機(jī)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：往復(fù)式機(jī)器振動(dòng)分類(lèi)和指導(dǎo)值參考》，YY 氣田V 形壓縮機(jī)二級(jí)匯管在C 區(qū)域，“通常不能令人滿意的長(zhǎng)期工作的機(jī)器振動(dòng)區(qū)域，一般這種情況可以做有期限的操作直到有滿意的補(bǔ)救措施出現(xiàn)”?，F(xiàn)場(chǎng)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，由于二級(jí)排氣匯管振動(dòng)烈度過(guò)大，導(dǎo)致焊縫連接處泄漏，3 臺(tái)壓縮機(jī)二級(jí)排氣匯管焊縫處頻繁開(kāi)裂，幾乎每個(gè)月都需要更換和修復(fù)。問(wèn)題分析：根據(jù)SH/T 3143—2012《石油化工往復(fù)壓縮機(jī)工程技術(shù)規(guī)定》要求，緩沖罐位置要盡量靠近氣缸，以減少氣流脈沖，YY 氣田V 形壓縮機(jī)二級(jí)壓縮缸排出的富氣經(jīng)過(guò)排氣匯管—換熱器—管段流程后進(jìn)入緩沖罐，實(shí)際測(cè)算距離為3 m，不在氣缸出口附近，不符合規(guī)范要求。

圖2 YY1 號(hào)壓縮機(jī)時(shí)域曲線

圖3 YY2 號(hào)壓縮機(jī)時(shí)域曲線

3 管線振動(dòng)消減措施

針對(duì)匯管結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題，對(duì)壓縮機(jī)的二級(jí)排氣匯管（緩沖罐）重新設(shè)計(jì)、制造、安裝，主要措施：擴(kuò)大現(xiàn)有的二級(jí)排氣匯管容積，長(zhǎng)度1935 mm，直徑280 mm，擴(kuò)大匯管容積有利于緩沖脈動(dòng)；匯管規(guī)格加大到DN100，壓力不均勻度許用值經(jīng)測(cè)算為7.1，加大許用值，V 形壓縮機(jī)壓力不均勻度在合理范圍內(nèi)，降低壓力不均勻度影響。

4 結(jié)語(yǔ)

由于往復(fù)式壓縮機(jī)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和氣閥的間斷啟閉都會(huì)產(chǎn)生氣流脈動(dòng)，在壓縮機(jī)氣缸出口附近設(shè)置緩沖罐是簡(jiǎn)單有效的消振措施。緩沖罐能使后繼管道內(nèi)的氣流脈動(dòng)得以緩和，降低排氣間因氣流脈動(dòng)造成的功率消耗，降低管道內(nèi)的阻力損失。因此，緩沖罐位置要盡量靠近氣缸，盡可能縮短其管線長(zhǎng)度，以減少脈沖振動(dòng)。相應(yīng)進(jìn)、排氣管線也需做管卡緊固，并且管線與管卡墊減振橡膠，可以起到一定的減振作用。