淺析天然氣壓縮機(jī)發(fā)生氣流脈動(dòng)消減的原因

林煥明 李清亮 吳振宙 廖志文 劉志富 鄭顯玉 申輝 趙鵬輝

摘要：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的快速發(fā)展，油田在開采過程中逐漸應(yīng)用了新的工藝和設(shè)備，其中天然氣壓縮機(jī)的應(yīng)用最為普遍，且發(fā)揮著非常重要的作用，然而天然氣壓縮機(jī)在工作過程中脈動(dòng)氣流會(huì)發(fā)生明顯變化，而導(dǎo)致管線發(fā)生振動(dòng)，從而引起設(shè)備出現(xiàn)故障，因此必須要做好相應(yīng)的天然氣壓縮機(jī)氣流脈動(dòng)消減研究，才能夠有效延長(zhǎng)生產(chǎn)設(shè)備的使用壽命，通過分析管道振動(dòng)的原因，對(duì)氣流壓力脈動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，并提出氣流壓力脈動(dòng)的消減措施，提高天然氣壓縮機(jī)的應(yīng)用有著非常重要的意義。

關(guān)鍵詞：天然氣壓縮機(jī);氣流脈動(dòng);消減

天然氣壓縮機(jī)在石油開采過程中發(fā)揮著非常重要的作用，然而天然氣壓縮機(jī)因?yàn)樵诠ぷ鬟^程中會(huì)不斷進(jìn)行排氣和吸氣工作，導(dǎo)致位置和時(shí)間發(fā)生明顯變化，氣流參數(shù)也會(huì)出現(xiàn)變化，在脈動(dòng)氣流從管道處輸送過程中，在相關(guān)設(shè)備元件的影響下，會(huì)形成激振力，壓縮機(jī)管線所產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致管路以及所屬設(shè)備連接位置出現(xiàn)松動(dòng)，長(zhǎng)期下去會(huì)導(dǎo)致管道發(fā)生破壞。由于結(jié)構(gòu)和工作情況的因素，壓縮機(jī)管線始終會(huì)存在于壓力脈動(dòng)，如果振動(dòng)程度在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，就不會(huì)影響到設(shè)備的運(yùn)行，然而在實(shí)際工作過程中，為了有效防止管道破裂情況的發(fā)生，需要采取相應(yīng)的氣流脈動(dòng)消減措施，才能夠有效提高天然氣壓縮機(jī)的正常工作。

1管道振動(dòng)的原因

天然氣在生產(chǎn)過程中所需要的相關(guān)管線和設(shè)備較多，管道支架以及兩者之間的連接裝置設(shè)備形成了復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，影響機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)發(fā)生振動(dòng)的原因有很多種因素。首先是因?yàn)閴嚎s機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)存在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理，或者是由于動(dòng)力缺乏平衡性，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)組發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象，并且使管道也會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)。其次主要是由于管道內(nèi)氣流脈動(dòng)現(xiàn)象而導(dǎo)致的管道振動(dòng)。最后管道結(jié)構(gòu)與管道內(nèi)部氣流所組成的系統(tǒng)而引起的固定振動(dòng)頻率。如果壓縮機(jī)的繼發(fā)頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率會(huì)形成共振情況，會(huì)導(dǎo)致管道出現(xiàn)較大程度的應(yīng)力以及位移，也是造成管道疲勞破壞的主要因素，因此在運(yùn)行過程中必須要加強(qiáng)對(duì)管道振動(dòng)的重視。使管道發(fā)生振動(dòng)的原因有很多種，其中氣流脈動(dòng)是主要的影響因素，管道在輸氣工作過程中需要依靠壓縮機(jī)或者是壓縮泵機(jī)組來(lái)提供動(dòng)力，由于壓縮機(jī)的加壓方式具有明顯的間歇性，因此會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)的壓力平均值出現(xiàn)上下浮動(dòng)的情況，這就是造成壓力脈動(dòng)的主要原因。

2氣流脈動(dòng)的理論以及消減措施

要想有效減少天然氣壓縮機(jī)氣流脈動(dòng)的消減，就必須要抓住關(guān)鍵程序，做好相應(yīng)的管線設(shè)計(jì)控制和管理配套管線，在設(shè)計(jì)過程中不僅要符合工藝要求，還需要進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算管線配置，從而完成管線的優(yōu)化，選擇在優(yōu)化過程中要包括管長(zhǎng)、管徑、支撐長(zhǎng)度以及相應(yīng)的管線支架位置。另外要充分計(jì)算氣流脈動(dòng)的工作時(shí)間，掌握氣流脈動(dòng)在管道運(yùn)行過程中的相關(guān)規(guī)律，并且保證氣流脈動(dòng)處于標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)。

2.1做好配套管線的設(shè)計(jì)工作

天然氣壓縮機(jī)的振動(dòng)與配套管線的設(shè)計(jì)有著非常重要的關(guān)系，因此對(duì)于天然氣的運(yùn)行結(jié)構(gòu)在工作過程中要做到設(shè)計(jì)到位，充分保證其動(dòng)力平衡，使配套管線能夠滿足相應(yīng)的工藝需求，做好管道配置的系統(tǒng)計(jì)算性工作確定合理的管道長(zhǎng)度、管道內(nèi)徑以及壓縮機(jī)的容積和支撐位置，使管道配置能夠達(dá)到最優(yōu)化，做好氣流脈動(dòng)的響應(yīng)計(jì)算，掌握氣流脈動(dòng)在管道內(nèi)的分布情況，使氣流脈動(dòng)能夠控制在合理范圍內(nèi)。

2.2緩沖器減振

天然氣壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中，緩沖器能夠有效控制壓力脈動(dòng)，在實(shí)際運(yùn)行過程中對(duì)緩沖器的容積進(jìn)行合理利用，能夠充分發(fā)揮吸氣、排氣緩沖器的相關(guān)作用。合理利用進(jìn)氣緩沖器對(duì)氣缸上游所產(chǎn)生的設(shè)壓力波能夠?qū)崿F(xiàn)有效控制，控制其進(jìn)入管道內(nèi)的有效氣量;應(yīng)用排氣緩沖器不僅能夠有效避免反射波進(jìn)入氣缸，還能夠有效防止壓力波向排氣管道內(nèi)進(jìn)入。緩沖器的肖振效果與緩沖器有著非常直接的關(guān)系緩沖器容積以及緩沖器與氣缸的距離都是決定緩沖器實(shí)現(xiàn)消振效果的重要因素。要想提高天然氣壓縮機(jī)氣流脈動(dòng)的消振效果，就必須將緩沖器安裝于氣流脈動(dòng)的發(fā)源位置，也就是將緩沖器安放在壓縮機(jī)氣缸的位置，如果緩沖器的安放位置較遠(yuǎn)，很難發(fā)揮出理想的緩沖效果，因此緩沖期應(yīng)當(dāng)緊靠氣缸位置進(jìn)行安裝。

2.3孔板減振

天然氣壓縮機(jī)組在運(yùn)行過程中適當(dāng)增加空板數(shù)量可以有效達(dá)到減振效果，如果壓縮機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不符合緩沖器和氣缸接近的需求，則不會(huì)形成良好的緩沖效果。因此需要將大小合適的孔板安裝在緩沖器的法蘭連接處，可以將管道中氣流從駐波改成行波，從而有效提高氣流壓力的均勻性，以便達(dá)到更好的緩沖效果，實(shí)現(xiàn)了減振目的。

2.4固定支架減振

要想使整個(gè)天然氣壓縮機(jī)組的設(shè)計(jì)能夠充分發(fā)揮其工藝流程設(shè)計(jì)需求，并且要具有相應(yīng)的緊湊性，需要在壓縮機(jī)組的排氣和吸氣兩個(gè)管道處設(shè)置彎頭，確保管道與固定支架能夠?qū)崿F(xiàn)科學(xué)合理地降低管道振動(dòng)效果。首先天然氣壓縮機(jī)組的管道布置必須沿著地面進(jìn)行鋪設(shè)，這樣能夠?yàn)楣艿乐翁峁┍憷?，另外在安置過程中必須要盡可能降低彎頭的數(shù)量，從而可以實(shí)現(xiàn)降低激振力的效果。其次，在進(jìn)行管道支撐設(shè)計(jì)過程中必須要確保管道支架距離相同，如果支架跨度較大就會(huì)導(dǎo)致管道發(fā)生相應(yīng)的振動(dòng)頻率;管道支架要采用固定支架或者防振管卡，不能夠簡(jiǎn)單進(jìn)行支托甚至吊裝。管卡與管道之間應(yīng)當(dāng)采用石棉橡膠墊來(lái)加大管道與管卡之間的接觸面積，并且要保證管卡卡緊，另外管道支架要有獨(dú)立基礎(chǔ)，振動(dòng)管道要采用地面的方式進(jìn)行鋪設(shè)，只有這樣才能夠有效降低管道發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，天然氣壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中之所以會(huì)出現(xiàn)管道振動(dòng)現(xiàn)象，其主要的原因與氣流壓力脈動(dòng)有著直接關(guān)系，因此對(duì)配管在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中需要消減氣流壓力脈動(dòng)，才能夠有效提高天然氣壓縮機(jī)的正常工作效率，減少天然氣相關(guān)設(shè)備元件由于振動(dòng)而造成的損壞現(xiàn)象，為提高天然氣的正常生產(chǎn)工作效率奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張梁， 梁政， 馮小波，等. 天然氣壓縮機(jī)氣流脈動(dòng)的消減研究[J]. 壓縮機(jī)技術(shù)， 2006（02）：4-6.

[2] 王訓(xùn)鋒. 天然氣壓縮機(jī)管路系統(tǒng)氣流脈動(dòng)及管道振動(dòng)研究[J]. 石化技術(shù)， 2019.

[3] 何明遠(yuǎn). 海洋石油平臺(tái)天然氣壓縮機(jī)脈動(dòng)消減技術(shù)研究[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)， 2018， 000（027）：595.