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浅谈油田天然气压缩机消除振动的工艺改造

发表时间：2020/10/19 来源：《基层建设》2020年第19期作者：岳永李全勇罗春红夏崇伟孙振初

[导读] 摘要：随着人们对天然气的依赖程度的大幅提高，天然气压缩机的运用范围不断扩大，对于天然气压缩机的安全运行提出了更高要求。

        华北油田公司第二采油厂河北霸州 065700
        摘要：随着人们对天然气的依赖程度的大幅提高，天然气压缩机的运用范围不断扩大，对于天然气压缩机的安全运行提出了更高要求。本文就本站往复式天然气压缩机生产运行过程中存在的振动问题进行分析，并通过对两种缓冲容器的缓冲效果进行对比，从而优化选出适合的缓冲器，就目前本站生产工艺流程，对消除往复式天然气压缩机的振动进行改造的可行性进行探讨。
        关键词往复式；缓冲容器；振动；工艺流程改造
        往复式压缩机又称活塞式压缩机。活塞在汽缸内作上下往复运动，从而完成了对天然气的压缩、排气、膨胀、吸气等过程。它广泛应用于石油、化工行业，制造技术成熟，结构简单，而且对加工材料要求较低，造价比较低，适应性强，能适应较大的压力范围，维修保养性强。但往复式天然气压缩机无法实现较高转速，机器大而笨重，不容易实现轻量化，尤其是排气不连续，容易发生气流脉动，从而造成机体或管线振动，为安全生产带来隐患。近期我站新投入使用两台L型容积式丙烷压缩机，使用中出现二级出口管线振动情况，造成管线吊架断裂，安全阀焊口开裂的情况为安全生产带来隐患，结合我站新投入的L型往复式天然气压缩机在运行中的存在的二级出口管道振动现象，并通过对几种缓冲容器的缓冲效果进行对比，从而优化选出适合的缓冲器，就目前本站生产工艺流程，对消除往复式天然气压缩机的二级出口管道振动进行改造的可行性进行探讨。
        1.往复式天然气压缩机运行中振动的主要危害
        1.1管道振动会造成管件松动。往复式压缩机在运行时气体会周期性的冲击管道，压缩机在压缩气体时，气体进入机体以及通过排气阀排除机体具有周期性往复性质特点，在一个往复行程过程中，气体吸入排除管道在活塞的往复运动带动下，依靠外力完成所以就会对管壁以及弯头的地方产生一定的冲击，造成管道振动，从而造成管道管件松动。
        1.2管道振动会造成管道焊口开裂，导致天然气泄漏，严重时会造成火灾爆炸事故。压缩机的运行会引起管路的共振。共振具有较大的破坏性，压缩机管道内的气体具有一定的频率，而管道本身也具有一定频率，当二者频率共存于一定的共振区域内就会发生共振现象，振动幅度加大，长时间的管道振动就会造成管道焊口开裂，导致天然气泄漏。
        1.3压缩机机体振动会造成压缩机故障率高，各个机件磨损严重，严重时造成压缩机损坏。由于压缩机周期性往复运动，受力不平衡会造成压缩机运转中承受不同的周期性载荷，从而导致压缩机机件磨损加剧，间隙增大。
        1.4增加运营成本。由于振动造成的压缩机性能降低，排气量与排气压力降低，直接导致压缩机能耗增加，提高了企业运营成本，高故障率提高了维修成本与人工成本。
        2.往复式天然气压缩机运行中振动的主要原因
        2.1本站往复式天然气压缩机二级压缩后出口无缓冲容器，二级压缩后的天然气直接由DN100管道压入装置区。二级出口管线未安装缓冲容器。压力脉动是往复式压缩机二级出口管道产生振动的主要原因。

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经专业检测机构检测，压缩机机体振动幅度符合安装要求，排除了由于压缩机动力不平衡引起机器本身和其相连管道的振动原因，由此可以看出产生振动管道振动的主要原因是出口管道未安装缓冲容器，由于往复式天然气压缩机间歇吸、排气引起气柱振动，是引起二级出口管道振动的主要原因。
        2.2由于往复式天然气压缩机管道复杂，地域受限，为了便于安装出口管道连接过程中多次使用弯头连接，使脉动的天然气沿着管道输送时，遇到弯头元件后，由于瞬间压力、速度、密度的变化，产生随时间变化的激振力，管道就会受到很大的冲击力。并且弯头处缺少固定支点或支点强度不够，造成剧烈振动。所以减少弯头用量，采用转折处使用较大的弯曲半径，保证天然气气流流速均匀，从而降低管道激振力，消除管道振动。
        3.往复式天然气压缩机缓冲容器的选择优化。
        3.1为解决丙烷压缩机二级出口管线振动情况，采取了管线减震的方法。使用管线卡子并加装橡胶垫固定管线，加固管线支撑，并紧固管线吊架。但在使用过程中并未达到预期效果。由于丙烷压缩机二级出口管线振动具有刚性、持续性，运行不久就造成管线卡子断裂。采用软连接受限于现场安装位置的制约，并且二级出口管线垂直高度较高，使用软连接势必造成垂直管线的摆动，造成管线焊口开裂。
        3.2减少气流压力脉动的最有效的方法是在靠近压缩机排气口处安装缓冲容器。缓冲容器的结构形式，低压时为圆筒形，高压为球形，或在缓冲容器的内部加装芯子进一步构成声波滤波器，连接管道的横截面积应该比气缸接管的面积大50%左右。通过扩大管道的横截面积，增大管道容积，降低管道气体流速，从而达到缓冲作用，保证气体平稳流动，并且转折处使用较大的弯曲半径，减少气体对管道的冲击。本站丙烷压缩机最高排气压力为2.4兆帕，选择缓冲容器为圆柱形。
        4.改造二级出口管道，采用较大的弯曲半径。
        由于出口管道连接过程中多次使用弯头连接，使脉动的天然气沿着管道输送时，遇到弯头元件后，由于瞬间压力、速度、密度的变化，产生随时间变化的激振力，管道就会受到很大的冲击力。并且弯头处缺少固定支点或支点强度不够，造成剧烈振动。所以减少弯头用量，采用转折处取较大的弯曲半径，保证天然气气流流速均匀，降低出口管线振动幅度。
        结论
        通过对我站往复式天然气压缩机二级出口管道增加缓冲容器，较少气流脉动，降低气体流速，增大管道弯曲半径，有效的消除了振动现象。往复式天然气压缩机二级出口管道振动现象为安全生产带来极大安全隐患，随着安全生产要求越来越高，确保安全生产是当前的重中之重。对于现有流程改造，采用扩大管道横截面积，从而增大管道容积作为缓冲容器的方法，施工方便，成本低，改造后与改造前工艺流程相同，原管阀管件、容器、储罐无需更换，降低了企业成本。由此可见为我站往复式天然气压缩机二级出口管道增加缓冲容器是可行的，安全性极大提高。
        参考文献
        [1]张勇;冯承科;;活塞压缩机工艺气管路内部流场特征分析[J];压缩机技术;2009年05期
        [2]薛玮飞,杨晓翔;往复式压缩机管道结构振动有限元法分析[J];福建化工;2002年04期