李兰梅
博迈科海洋工程有限公司 天津 300457
摘要：随着工业的发展，社会的不断进步，海上石油平台的搭建和发展受到了社会各方越来越多的关注，也成为了石油开采和石油化工产业发展的关键。在经济和技术高速发展的大背景下，新技术及设备的不断涌现和引进，在石油化工产业中被广泛应用，并起到了极大的作用。而由于石油化产业的独特性，在动设备在运转的过程中会由于环境等因素产生振动故障问题从而造成对运行及工作效率的影响。尤其是海上平台石油化产业设备运转的过程中因为在海面上进行开采工作，极其容易出现石油化工转动设备振动的故障问题。本文就当下海上平台在动设备影响下的振动情况进行详细的分析研究，探究其故障原因，并就故障问题提出改善措施。
关键词：海上平台在动设备；振动；分析研究
引言
随着世界经济的发展，对能源需求的不断增加，油气资源的不断开采导致的能源的减少甚至枯竭。而对能源的持续需求，使得人们将目光关注到海上油气资源的开采上。尤其是21世纪后，各国对海上石油资源的开采迎来了新的篇章，其设备的技术也随着科技的发展不断的更新和被广泛使用。自1947年墨西哥建造了世界第一座钢制海上平台起，当下世界各国的海上平台已经成为了石油资源开采的主流。作为海洋石油资源开放的重要途径，海洋平台的合理有效利用成为了当下石油化工产业发展的主要方向之一。海上平台地理位置及工作方式的特殊性导致了环境载荷及海洋平台上设备等会产生振动的故障问题，即海洋上平台在动设备包括有电站设备、电泵设备、压缩机等等，海洋平台设备在运行工作时对平台造成的周期性激振力从而造成的海洋平台结构发生的振动。而海洋平台的周期性振动不仅会造成平台结构的破坏，也会影响到海洋平台上工作人员的身体状况、心情及工作效率，甚至会影响到整个海洋平台的稳定性及其结构的合理性。因此，就海上平台在动设备的振动进行分析，在实际工作运行中对设备的振动进行合理有效的控制是当下工作任务的重中之重。
1 海上平台在动设备的振动分析
随着工业化的发展，在满足了当下人们生活质量需求的同时，也造成了严重的环境污染问题。尤其现在油气资源开采的重心大多在海上，如若不注重海上平台设备的结构合理化和环保可持续发展，会对我们当下的生存环境、自然资源有着不可磨灭的损伤。用更加专业、环保、可持续的发展理念以进行更加环保安全的油气开采是当下主要的发展目标。同时，工业的迅猛发展使得对大型工业设备的专业性和精准性要求越来越高，海上平台在动设备的工作周期及工作任务的不断增加使得机械设备需要不断的添设新的设备及更换旧的设备从而进行平台设备改造。而改造过程中导致的平台结构的改变和负载使得平台在正常运作工作时会产生剧烈的振动，对海上平台的结构造成破坏，甚至对生产活动造成巨大的损失。因此，对海上平台在动设备的振动分析研究成为了当下海上油气开采工作任务的重中之重。
当下我国大多数海上平台随着工作需求的增加，海上平台趋向大型化和集成化的方向发展，海上平台的工作不仅要实现采油功能同时也需要兼顾油气的生产功能。海上平台的设备的数量也越来越多，根据设备的功能来看，海上平台设备的功能可以分为电站装置、热站装置、泵类设备、空气压缩机、天然气压缩机、压力容器、风机、消防系统等等。同时，按照设备振源振动方式又可以分为回转式设备和往复式设备[1]。
2 海上平台振动振源成因分析
因为海上平台在动设备工作周期及工作任务的增加，使得平台改造成为海上油气开采工作中至关重要的一环。常见的改造方式有增加设备及对老旧设备的更换。在进行平台改造中，按照专业可将改造分为工艺管道系统改造、机械设备改造、结构改造、电表仪器改造等[2]。必须要考虑的是改造可能对平台原有结构的影响及设备的载荷情况，避免因结构的改变和设备的负荷而使得平台在工作中产生剧烈的振动。而海上平台更是因为其特殊的地理位置，需要仔细考虑海上平台的地理位置情况及周边环境因素。
海上平台作为海洋油气资源开采的基础设施，其所处环境的特殊性造成了海上平台在进行工作中容易遇到大风、大浪、海水和地震的环境载荷。而这些环境载荷会对海上平台结构的稳定性和开采工作的正常开展有很大的影响。除了环境载荷造成的危害，海上平台的油气资源开采工作在动设备的剧烈振动也对正常的开采工作有着不可忽视的影响。而造成海上平台在动设备振动的主要原因有以下几类。
2.1 运转机械的不平衡
设备在运转过程中，因为力的作用要达到完全的平衡是很难做到的。而海上平台又因为其地理位置的特殊性，常常在海风及大浪的环境下进行油气开采工作，因此要做到完全的平衡是更加的困难。而设备在运转过程中因不平衡会导致海上平台的剧烈振动。
2.2 设备机械外载荷的变化
海上平台在动设备在运转过程中，其中设备的构件在力的作用下会因为机械外载荷的变化和力的不均匀而引起振动。
2.3 设备机械重复运动引起的力的不均匀和不平衡
海上平台在动设备在进行油气开采的过程中，因为工作量的问题和长期往复的工作而引起的力的不均匀和不平衡而导致的振动。
2.4 设备轮齿及凸轮的误差引起的附加动力变化
设备在运行过程中，平台在动设备内齿轮和凸轮表面细微的误差引起附加动力的变化从而引起设备内构件的振动。
3 海上平台在动设备振动的危害
海上平台在动设备的剧烈振动会对平台内设备的结构体造成致命性的损害。持续的振动不仅会造成设备寿命的减短，还会对海洋油气的开采造成巨大的损失。同时，海上平台在动设备持续的振动对平台工作人员也会造成不可磨灭的损伤。当下大部分海上平台设备的振动路径是通过设备本身传到基座然后再传回周边的设备及平台。而此过程中，海上平台的工作人员会因为在动设备的振动持续的通过工作人员的脚部、臀部、及其他能解除到震感的部位感受到振感，振感传递到工作人员的骨骼、关节、肌肉、甚至内脏，持续的振动因为不断的对人体神经末梢造成刺激，而导致人体机能的失衡、功能的失调和精神恐慌等生理机能的损害。通常情况下，为避免造成对人体安全的长期损害，海上平台会通过轮岗来减少损伤。但是因为各个岗位工作性质和工作内容的不同，工作人员在换到新的岗位时，会因为不熟悉工作流程而无法对突发情况作出合理而及时的应变反应，引起操作的失误而造成油气开采工作的延误甚至人员伤亡。
4 海上平台在动设备振动的系统模型
海上平台的振动主要发生在一阶振型上[3]。设备的振动通常是机械和结构的往复运动。海上平台在动设备的振动属于多自由度、周期性和受迫振动。目前海上平台应用最广的的对振动的控制方式主要为扩展调谐质量阻尼器（ETMD)减振系统，作为TMD减振系统的升级系统，是通过装置内部设备进行装置振动被动控制的技术。在海上平台中设备和结构的布置中，主要分为生活区楼房、大型压缩机组、分离器、平台促成的饿导管架。几个组成部分通过焊接及螺栓的方式与平台连接在一起，如图1所示。海上平台特殊的地理环境是造成平台振动和设备破坏的主要原因。
图1. 传统导管架平台减振系统示意图
而ETMD减振系统则使用弹簧和阻尼器将设备与结构连接在平台上。在海上平台设备运行过程中，阻尼器可以有效的减少和消耗掉设备因为持续振动而产生的力，避免了海上平台设备的振动通过设备本身传到基座然后再传回周边的设备及平台的振动路径。同时，可以通过对弹簧和阻尼器参数数值的调整，灵活应对海上平台恶劣且复杂的生态环境，最大程度的吸收平台整体振动的力，合理的利用设备和平台结构的力和惯性，最大程度的保护海上平台的完整性和安全性[4]。
5 减振系统参数的优化
通过对弹簧和阻尼器等参数的调节达到立竿见影的减振效果是ETMD减振系统的主要作用。而为了达到减振效果的最优性，就需要对系统的频率比和阻尼比进行优化。
6 结语
在海上平台成为当下对海洋油气资源开采的大趋势的背景下，如何对海上平台在动设备的振动问题进行有效且合理的控制成为力研究的重点。ETMD减振系统作为最经济有效的对平台振动的控制方式，被广泛运用于海上平台的搭建工作中，其不需要增加额外质量及装置，对平台内部的装置和设备进行充分的利用，并可以根据实际需求灵活的对参数进行调整，以达到对平台整体结构的振动进行有效的控制的优势是当下海上平台在动设备的实际工作和运转中不可忽视的一项有效技术系统。
参考文献
[1]罗超,王巍巍,杨江辉, et al. 海上平台在动设备影响下的振动分析研究[J]. 海洋石油, 2012(04):101-107.
[2]郭庆清. 海洋平台振动分析的模型简化研究[M]. 天津大学研究生院, 2014.
[3]何晓宇,李宏男. 波浪载荷作用下导管架海洋平台利用TCLD的振动控制[J]. 振动控制学报,2008,21(1):71-78.
[4]赵东, 马汝建, 王威强, et al. ETMD减振系统及其在海洋平台振动控制中的应用[J]. 西安石油大学学报:自然科学版, 2006(02):10-11+69-73.