整體齒輪式壓縮機(jī)組安裝干涉問(wèn)題解析

周飛飛，李響

1.中石化上海工程有限公司（上海 200120）

2.上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院（上海 200062）

整體齒輪式壓縮機(jī)因其較高的工作效率近年來(lái)在煉化裝置中被廣泛采用[1-4]。但其由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間狹小及各撬塊間管線布置緊密的特點(diǎn)[5-7]，造成了多數(shù)操作平臺(tái)的設(shè)計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)出現(xiàn)干涉問(wèn)題[8-9]。以某整體齒輪式壓縮機(jī)組安裝項(xiàng)目為例，主要討論機(jī)組安裝過(guò)程中管線布置與操作平臺(tái)干涉問(wèn)題的分析與解決方法，從而為整體齒輪式壓縮機(jī)組管線及操作平臺(tái)設(shè)計(jì)提供參考。

1 整體齒輪式壓縮機(jī)組概況

本項(xiàng)目壓縮機(jī)組為氧化空氣壓縮機(jī)組（型號(hào)：GT050L3K1），由瑞典供應(yīng)商阿特拉斯制造。根據(jù)裝置工藝要求，該機(jī)組設(shè)計(jì)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)、三級(jí)離心式壓縮機(jī)組。主要由壓縮機(jī)主機(jī)撬塊、末級(jí)冷卻器撬塊、驅(qū)動(dòng)電機(jī)撬塊、潤(rùn)滑油站撬塊、工藝管線與潤(rùn)滑油管線構(gòu)成。其外形布置如圖1所示。

圖1 GT系列壓縮機(jī)機(jī)組外形布置圖

該機(jī)組主要通過(guò)IGV（入口導(dǎo)葉）調(diào)節(jié)負(fù)荷，采用出口流量控制并保持出口壓力恒定的模式來(lái)滿足工藝各工況要求。壓縮機(jī)主機(jī)和一級(jí)、二級(jí)冷卻器共用一個(gè)鋼制底座，末級(jí)冷卻器、潤(rùn)滑油站、電機(jī)均單獨(dú)成撬。主機(jī)由增速齒輪組驅(qū)動(dòng)，齒輪組采用低噪聲的單螺旋正齒輪。電機(jī)通過(guò)大齒輪來(lái)驅(qū)動(dòng)各級(jí)齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)，一二級(jí)齒輪轉(zhuǎn)速為15 604 r/min，三級(jí)齒輪轉(zhuǎn)速為20 062 r/min。軸端密封采用碳環(huán)密封，防止工藝氣體泄漏。主電機(jī)為三相異步鼠籠式高壓電機(jī)，額定功率為3 750 kW，額定電壓為10 kV，額定轉(zhuǎn)速1 480 r/min。

潤(rùn)滑油系統(tǒng)為獨(dú)立式，位于電機(jī)旁，為電機(jī)和壓縮機(jī)提供潤(rùn)滑油[10-11]。其主要由油箱、輔助油泵、油冷卻器、油過(guò)濾器、電加熱器、油霧風(fēng)機(jī)、進(jìn)回油管及單向閥等構(gòu)成。壓縮機(jī)共有6 個(gè)進(jìn)出口氣管。一級(jí)進(jìn)口設(shè)有膨脹節(jié)和IGV，一級(jí)出口氣管、二級(jí)進(jìn)出口氣管、三級(jí)進(jìn)口氣管已和壓縮機(jī)主機(jī)及一、二級(jí)冷卻器通過(guò)管卡及管支撐固定在撬塊上。三級(jí)出口氣管分開(kāi)單獨(dú)供貨。整個(gè)機(jī)組冷卻水系統(tǒng)采用裝置循環(huán)水來(lái)冷卻。循環(huán)水分5路支管分別通入一、二、三級(jí)冷卻器、油冷卻器及電機(jī)冷卻器冷卻。

2 機(jī)組及操作平臺(tái)安裝工序與干涉情況

2.1 安裝工序

整個(gè)壓縮機(jī)組及操作平臺(tái)安裝工序如下。

工序1：機(jī)組基礎(chǔ)復(fù)測(cè)，包括主機(jī)、電機(jī)及潤(rùn)滑油站基礎(chǔ)復(fù)測(cè)。根據(jù)復(fù)測(cè)結(jié)果對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行修改，確?；A(chǔ)滿足機(jī)組安裝要求。工序2：將壓縮機(jī)主機(jī)及冷卻器撬塊就位，然后依次將主電機(jī)潤(rùn)滑油站及三級(jí)冷卻器各撬塊吊裝就位。工序3：為防止現(xiàn)場(chǎng)下雨影響機(jī)組后續(xù)安裝找正，先安裝機(jī)棚頂部鋼結(jié)構(gòu)并鋪設(shè)瓦楞板。工序4：安裝機(jī)棚頂部行車（便于后續(xù)吊裝工藝管道及聯(lián)軸器）。工序5：安裝機(jī)組操作平臺(tái)，按照平臺(tái)二維圖紙先對(duì)立柱進(jìn)行吊裝就位，并調(diào)整柱腳墊鐵使立柱垂直度合格。然后吊裝主橫梁以及輔助橫梁，待主輔橫梁調(diào)平后擰緊連接螺栓。工序6：以壓縮機(jī)主機(jī)為基準(zhǔn)，調(diào)整主機(jī)撬塊底座頂絲對(duì)主機(jī)進(jìn)行找平找正（水平度達(dá)到：軸向0.05 mm/m,橫向0.10 mm/m）。找正合格后采用環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)地腳螺栓孔進(jìn)行灌漿。工序7：安裝三級(jí)出口氣管，并調(diào)整三級(jí)冷卻器底座墊鐵，確保三級(jí)出口氣管與壓縮機(jī)主機(jī)和三級(jí)冷卻器管口對(duì)中，確保管口無(wú)應(yīng)力后用卡子將管口連接處固定，然后對(duì)三級(jí)冷卻器底座地腳螺栓孔進(jìn)行灌漿。工序8：調(diào)整主電機(jī)底座墊鐵，進(jìn)行主電機(jī)與壓縮機(jī)主機(jī)初對(duì)中（對(duì)中度達(dá)到軸向0.05 mm/m，徑向上下0.10 mm/m）。對(duì)中合格后對(duì)電機(jī)地腳螺栓進(jìn)行灌漿。工序9：根據(jù)油管線布置圖紙，安裝潤(rùn)滑油站與壓縮機(jī)主機(jī)、主電機(jī)之間的油管線。從潤(rùn)滑油站油箱開(kāi)始配管，先安裝主油泵進(jìn)出口管線，再安裝輔助油泵進(jìn)出口管線。工序10：進(jìn)行潤(rùn)滑油站底座灌漿。整個(gè)安裝流程如圖2所示。

圖2 機(jī)組及操作平臺(tái)安裝工序

2.2 干涉情況

基于上述安裝工序，現(xiàn)場(chǎng)安裝人員安裝至工序5 時(shí)，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)二級(jí)出口氣管支撐與操作平臺(tái)主橫梁干涉，導(dǎo)致主橫梁無(wú)法安裝，如圖3（a）所示。當(dāng)安裝至工序9 時(shí)，安裝人員發(fā)現(xiàn)齒輪箱進(jìn)油管線與操作平臺(tái)輔助橫梁干涉，進(jìn)油管線上方3 個(gè)溫度變送器法蘭與3根支管法蘭無(wú)法連接。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)齒輪箱側(cè)面儀表接線箱箱門(mén)被操作平臺(tái)輔助橫梁遮擋，輔助橫梁安裝完后會(huì)導(dǎo)致后續(xù)儀表接線不便。安裝人員嘗試移動(dòng)潤(rùn)滑油管線來(lái)重新調(diào)整，但因其間距太狹小而無(wú)法移動(dòng),如圖3（b）所示。為了推動(dòng)機(jī)組安裝進(jìn)度，需要技術(shù)人員通過(guò)三維模型軟件對(duì)干涉進(jìn)行分析，并給出解決方案。

圖3 二級(jí)氣管支撐干涉及機(jī)組進(jìn)回油管線布置圖

3 干涉分析與解決

筆者首先對(duì)機(jī)組三維模型與操作平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行干涉檢查分析，結(jié)果顯示平臺(tái)主輔助梁與上述3處干涉較大，操作平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)與支撐、潤(rùn)滑油管線干涉點(diǎn)如圖4所示。這說(shuō)明鋼結(jié)構(gòu)的二維設(shè)計(jì)圖未與機(jī)組三維模型進(jìn)行檢驗(yàn)審核，從而導(dǎo)致了現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)二維圖安裝時(shí)出現(xiàn)上述二級(jí)氣管支撐、進(jìn)油管線與操作平臺(tái)主/輔助橫梁干涉、以及儀表接線箱箱門(mén)被擋問(wèn)題。為了不影響機(jī)組安裝進(jìn)度，保證機(jī)組后續(xù)正常試車，需要盡快分析并確定修改方案。

圖4 模型分析圖中操作平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)與支撐、潤(rùn)滑油管線干涉點(diǎn)

3.1 問(wèn)題分析

對(duì)于操作平臺(tái)主橫梁與二級(jí)氣管支撐、進(jìn)油管線干涉問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)可以割除氣管支撐修改油管線，或者是切割操作平臺(tái)主橫梁。操作平臺(tái)主橫梁承載著整個(gè)平臺(tái)上鋼格柵與操作人員載荷及壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)，若切割將對(duì)主橫梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度造成一定的影響。當(dāng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，機(jī)組及氣管振動(dòng)會(huì)傳遞到操作平臺(tái)上，故切割存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。如需切割需要重新計(jì)算強(qiáng)度。由于二級(jí)氣管與壓縮機(jī)出口及冷卻器接口連接設(shè)計(jì)是采用卡箍鏈接，可以吸收一部分應(yīng)力，因此修改二級(jí)氣管支撐不會(huì)產(chǎn)生后續(xù)氣管法蘭間應(yīng)力，二級(jí)氣管支撐可以割除取消。而油管線與主橫梁干涉量不大，通過(guò)降低油站安裝高度來(lái)降低油管線高度，避免油管線與主橫梁的干涉。

而對(duì)于油管線與輔助橫梁干涉影響上方儀表法蘭連接，由于輔助橫梁對(duì)整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響不大，可以選擇修改油管線布局，也可以切割一部分輔助橫梁。而要修改哪一方，需要進(jìn)一步分析修改可行性、修改時(shí)間等。

修改油管線布局，重新焊接油管繞過(guò)橫梁會(huì)存在以下問(wèn)題：①潤(rùn)滑油管材質(zhì)為SS304，口徑為NPT2"（50.8 mm），割除原管段后現(xiàn)場(chǎng)尋找同口徑的不銹鋼管段較為困難，影響安裝進(jìn)度。②油管內(nèi)部要求脫硫脫脂酸洗合格，而現(xiàn)場(chǎng)不具備酸洗條件，無(wú)法保證切割的管段內(nèi)部合格，而送酸洗廠酸洗回裝將影響安裝進(jìn)度。為了盡快解決油管線干涉同時(shí)保證后續(xù)機(jī)組調(diào)試節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)嘗試割除輔助橫梁一部分腹板和翼板，同時(shí)將進(jìn)油管改短并在取溫支管前方增加2 個(gè)90°彎頭（彎頭由供應(yīng)商工廠酸洗合格發(fā)貨）。進(jìn)油管線也需要適量抬高，保證進(jìn)油管線上方取溫支管法蘭與溫度儀表法蘭能夠連接。齒輪箱進(jìn)油管修改并增加90°彎頭及輔助橫梁切割如圖5 所示。

圖5 齒輪箱進(jìn)油管修改及輔助橫梁切割圖

然而輔助橫梁割除后，安裝人員發(fā)現(xiàn)油管線抬高導(dǎo)致后面進(jìn)油管線2 與進(jìn)油管線3 間連接法蘭傾斜過(guò)大，螺栓無(wú)法連接，如圖6所示。因油管線設(shè)計(jì)要求存在一定的傾斜度，若再抬高進(jìn)油管線則還需要割除主橫梁一部分腹板，這對(duì)主梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響較大。因此此方案也行不通。

圖6 進(jìn)油管2、進(jìn)油管3間法蘭傾斜情況

3.2 解決方案

根據(jù)上述干涉問(wèn)題分析，并與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及供應(yīng)商人員討論?？紤]到切割主橫梁對(duì)后續(xù)平臺(tái)的穩(wěn)定性會(huì)有影響，現(xiàn)場(chǎng)決定不切割主橫梁，割除氣管支撐。進(jìn)油管線取溫支管前增加彎頭不變，修改輔助梁的布局。如圖7（a）所示，取消這根輔助橫梁，采取規(guī)格與輔梁C 相同的H 型鋼按照?qǐng)D紙尺寸在圖示位置增加2 根輔梁A 和B，輔梁A 與輔梁C、邊梁間焊接在一起。輔梁B 與主橫梁、輔梁D 間焊接在一起，焊后將焊縫打磨刷漆做好防腐。方案示意圖如圖7（b）所示。因主機(jī)中間空隙狹小，為方便操作焊接前注意將油管線拆開(kāi)，并用三防布蓋好保護(hù)。輔助橫梁拆除后，主機(jī)中間的空間相對(duì)較大，使得進(jìn)油管線也可繼續(xù)抬高，保證下段進(jìn)油管線與主油泵配管法蘭間連接無(wú)應(yīng)力。同時(shí)使得主機(jī)齒輪箱側(cè)壁上的儀表接線箱門(mén)板可以正常打開(kāi)。輔助梁邊緣焊接踢腳板，以防止操作人員踩空。

圖7 操作平臺(tái)輔助橫梁修改前后對(duì)比圖

橫梁現(xiàn)場(chǎng)修改焊接后及主機(jī)齒輪箱周邊情況如圖8 所示。目前油管線法蘭連接正常，齒輪箱上儀表接線箱箱門(mén)可以正常打開(kāi)。輔助梁A/B/C 上方鋼格柵點(diǎn)焊固定。壓縮機(jī)組試車運(yùn)行中，當(dāng)二級(jí)齒輪軸轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，壓縮機(jī)的齒輪箱和二級(jí)氣管口DCS 振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示振動(dòng)及溫度均正常。這表明氣管法蘭間無(wú)應(yīng)力。因此割除氣管支撐對(duì)機(jī)組無(wú)影響，同時(shí)也說(shuō)明這根氣管支撐設(shè)置多余。此外，操作平臺(tái)在運(yùn)行全程中非常穩(wěn)定，上方鋼格柵無(wú)任何抖動(dòng)，承載能力足夠，操作人員行走安全。這說(shuō)明上述修改方案合理有效，能夠滿足機(jī)組長(zhǎng)周期運(yùn)行的要求。

圖8 輔梁A和B焊接后主機(jī)齒輪箱周邊情況

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本項(xiàng)目中整體齒輪式壓縮機(jī)組安裝干涉問(wèn)題分析與解決，為避免后續(xù)同類齒輪式壓縮機(jī)組安裝出現(xiàn)干涉，對(duì)設(shè)計(jì)提出以下建議：

1）操作平臺(tái)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要優(yōu)化。因整體齒輪式壓縮機(jī)主機(jī)與冷卻器布置緊湊，在設(shè)計(jì)操作平臺(tái)時(shí)需要在保證滿足強(qiáng)度的同時(shí)，盡量減少輔助橫梁的數(shù)量和密度。為后續(xù)機(jī)組檢維修時(shí)留有足夠的空間，也為后續(xù)圖紙變更（如增加一些分析設(shè)備等）留有足夠余地。

2）二維與三維圖紙協(xié)同審查。在操作平臺(tái)二維圖最終發(fā)布前，需將其三維模型導(dǎo)入機(jī)組模型中進(jìn)行全面干涉檢查。如有干涉及時(shí)調(diào)整，確保終版操作平臺(tái)二維圖紙與機(jī)組三維模型適配。

3）油站的位置和潤(rùn)滑油管線的布置要留出足夠的安裝及檢修空間。油管線設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮安裝，也要考慮后續(xù)潤(rùn)滑油外循環(huán)。同時(shí)不能過(guò)于密集，進(jìn)油管和回油管之間需有足夠的間隙，避免后續(xù)外循環(huán)沖洗時(shí)拆裝不便。