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煤层气压缩机系统振动分析与对策

发表时间：2020/3/24 来源：《文化时代》2020年1期作者：杨文来

[导读] 随着科学技术的不断发展，对压缩机的适用范围变得非常广泛，这样对人们的生产以及生活造成非常重要的变化。但是对于压缩机而言，在具体的工作过程中会产生非常严重的振动，这样就会对实际运行效果造成影响。在这篇文章中，主要对压缩机的工作情况以及实际工作原理进行分析。

中石油煤层气有限责任公司临汾分公司山西省临汾市 042300
        摘要：随着科学技术的不断发展，对压缩机的适用范围变得非常广泛，这样对人们的生产以及生活造成非常重要的变化。但是对于压缩机而言，在具体的工作过程中会产生非常严重的振动，这样就会对实际运行效果造成影响。在这篇文章中，主要对压缩机的工作情况以及实际工作原理进行分析。
        关键词：煤层；气压缩机；振动分析


煤层气集输具有进气压力低、气体中含有少量粉煤灰等杂质，这都将加剧运行时的磨损，各压缩机组会因此陆续出现组件异常磨损失效的故障，对煤层气的生产稳定产生巨大影响。在压缩机组选型时，必须充分考虑煤层气异常低压、可能含有煤粉杂质以及高压比、小流量等因素，通过分析压缩机故障的原因，压缩机在应用过程中所产生的振动现象发现，均与这些比天然气集输更为严格的使用工况有很大关系。
        1煤层气压缩机工作原理
        压缩机是煤层气采集、增压和输送必不可少的核心装置。由于煤层气压缩机工作介质的气体诸如天然气、煤层气甲烷，氢气在焦炉煤气等都属易燃易爆物质，所以发动机驱动压缩机根据规定要求必须是防爆电动机，以满足相应工作安全。煤气压缩机的驱动就是由380V低压防爆电动机承载，其驱动电动机容量不大于200KW。通过曲轴连杆作用机制，这类电动机将曲轴旋转运动转变为活塞在气缸内的往复直线运动，这样气腔的容积由于气缸和活塞运动出现周期性变化，气缸内的煤气周而复始完成膨胀、吸气、压缩、排气这样四个过程。
        2煤层气压缩机的选型
        煤层气集输用压缩机在设计选型、配置以及运行管理等方面，国内针对煤层气田开发性能良好的压缩机已到达较高水平，整机设计先进，制造精良，运行稳定，安全可靠，噪音低，无泄漏，操作简单，维护方便。对各类机组使用情况对比，介绍两类比较典型的压缩机。
        一是工艺用煤层气压缩机，压缩用作化工原料、民用燃料、工业燃料、发电燃料的煤层气，其特点是进排气压力不高，排气量大，排气压力可从0.1—2Mpa；排气量可从10—20000Nm3/h。其中，进气压力、排气压力和排气量，均能够进行上下波动变化，压缩级数可达到1—3级。
        二是灌装用煤层气压缩机，压缩用作汽车燃料的煤层气。其特点是进气压力可为常压或带压，排气压力可为10—30Mpa；排气量可从10—20000Nm3/h。其中，进气压力、排气压力和排气量，均允许有上下波动的变化，压缩级数能达到1—5级。
        3压缩机振动产生的原因及对策
        压缩机行业不景气，恶性价格竞争导致质量打折，中国压缩机行业呈现：小、散、多，技术、品控、生产规模、执行标准、管理体系等良莠不齐，少配减配的现象屡见不鲜，压缩机在使用过程中状况频出的问题。而往复式压缩机由于运动部件多、受力不均衡、往复惯性力不易控制，元件受到交变载荷的作用，导致压缩气体脉动，气阀可靠性下降及造成管道及其附件的持续振动；而压缩机的振动会引起管道劳损和损坏管道绝缘材料，测量仪表及导管的损伤和控制系统误动作，焊缝断裂等，必然对安全生产构成严重的威胁。

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有时轻则造成泄漏，重则引起爆炸，无形中对压缩机产业造成不小的安全隐患。
        一般往复式压缩机振动是由于共振所引起，共涉及三种谐振频率：①活塞在往复机械运动过程中所激发出的频率；②管路中工艺气体组成系统的固有频率；③由管道和部件组成的系统结构形成的管道机械固有频率。几种频率的重合引起共振，导致管子剧烈振动。将管道系统的固有频率与振动源的固有频率相互交织的频率错开，可以有效地防止共振。如果压缩机运转平稳，各运动部件声音应正常。分析压缩机振动的产生非常复杂，既有内部原因，也存在外部原因的干扰。
        内部原因有部件松动现象、压力数值不能符合各技术条件的规定；各级气阀，各级气缸前盖，气缸镜面摩擦情况，活塞杆表面摩擦情况，有磨痕以及拉道现象；连杆大头瓦，十字头销的紧密或平稳度不达要求，需要检查摩擦面的摩擦等各类情况。外部原因有机身润滑油状况不良，由于煤层气中的杂质，机器运转各部件磨合产生细碎的金属粉末等，掺入润滑剂，影响润滑及机器运转。因此，在压缩机维护的过程中，要按时更换润滑油，一般按照定期维修要求，依实际情况来更换。科技进步，已能够长距离检测煤层气管线外界入侵振动，实现煤层气输送管道危险源的实时检测。实验表明，采用基于相位敏感型光时域反射原理（Φ-OTDR）分布式光纤振动传感系统，融合FPGA与USB2.0技术开展传感数据的实时采集与高速传输，并通过时间-空间二维分析获得振动信号典型特征，该系统可借助差分信号波峰位置实现精确定位，系统频率响应范围是可覆盖入侵振动特征频率的1Hz—3kHz，且在4km和9km光纤位置处定位误差均可保持在20m范围内，可有效检测到输送管道外界入侵振动。
        通过日常观察总结压缩机的振动情况，有三方面的因素最常见，具体就是气缸部分异常振动、机身部分异常振动、管道部分异常振动。统计振动发生原因，并针对性的制定相应解决办法，制成表格形式。
        4减弱压缩机振动的方法
        4.1平衡振动的应对措施
        在压缩机当中存在的零部件是非常多的，因此经常出现比较严重的平衡振动，这样对设备的正常运行就会造成严重的影响，因此对不同零部件对设备造成的影响应该进行充分考虑，如果有必要，可以再曲柄的对面对平衡质量进行安装，这样就会形成同等大小的离心惯性力，从而可以有效地减少振动。
        4.2气流振动的应对措施
        为了将气流振动对设备造成的影响降低到最小，可以对工艺气体的固有频率进行调整，对于这个方法而言，是比较简单但是非常有效的，通过在整体上对气流进行一定的缓冲，从而对整体设备进行一定的调节，这样在压缩机的入口位置就会出现一定的排气量，进而对往复式压缩机的排气量以及排气范围进行控制。
        结语
        压缩机振动异常不予及时解除，轻则缩短使用寿命，严重时会产生极大安全隐患，造成经济损失。有预见性的监测轻微故障、诊断处理，采取降低压缩机故障的措施，为煤层气正常生产和外输提供了安全保障，坚持高标准、高要求、精益求精完成压缩机性能监控，建立起故障诊断系统对煤层气集输过程中的故障进行监测诊断，具有现实意义。
        参考文献：
        [1]刘明海。关于往复式压缩机振动分析及应对措施的探讨[J].科技传播，2013，22：102-103.