FPSO往復壓縮機振動案例分析

楊家臣

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

一、FPSO裝置介紹

浮式生產儲存卸貨裝置FPSO（Floating Production Storage&Offloading）是一種可將油井的油氣水等混合液經過加工、處理成合格的原油或天然氣的大型船只。FPSO集生產、處理、儲存外輸及生活、動力供應于一體。

FPSO具有抗風浪能力強、適應水深范圍廣、儲卸油能力大及可轉移、重復使用等優點，廣泛適用于遠離海岸的深海、淺海海域及邊際油田的開發。FPSO通常與鉆油平臺或海底采油系統組成一個完整的采油、原油處理、儲油和卸油系統，其作業原理是：通過海底輸油管線接受從海底油井中采出的原油，并在船上進行處理，然后儲存在貨油艙內，最后通過卸載系統輸往穿梭油輪。

與海上采油平臺類似，往復壓縮機在FPSO上用于天然氣的增壓和外輸，屬于關鍵設備。往復壓縮機由于其往復運動的特點，工作過程中振動不可避免，如何減小機組振動是壓縮機設計、安裝過程中必須考慮的問題。通常情況下，陸上機組采用加強基礎剛度，如鋼筋混凝土澆筑底座等方法，但在海上，由于FPSO結構特點及承載能力有限，陸地上的振動控制方法不適用，因此通常從壓縮機安裝處的結構強度、撬底座設計、管道及氣體緩沖結構設計等方面確保往復壓縮機安全正常運行。

二、案例介紹

中海油某油田海上FPSO裝置天然氣壓縮機組2010年發生振動異常。運行過程中，電機、壓縮機、壓縮機基礎、管道和撬塊均存在振動較大現象，對生產工作產生較嚴重的影響。現場對電機、壓縮機、管道以及撬塊相關測點進行了振動測量，發現振動值較高。機組結構簡圖見圖1。

使用離線檢測設備對電機測點、壓縮機曲軸箱測點、缸體測點以及機組支撐測點進行振動數據采集，相關測點頻譜圖見圖2、圖3、圖4、圖5。

頻譜圖顯示電機與壓縮機曲軸箱測點及缸體測點存在明顯的二倍頻，現場實測驅動軸軸心軌跡為外八字，可知機組存在一定的不對中。與此同時，從頻譜圖可見，電機轉速存在一定的波動，在15r/min左右，該波動與往復壓縮機轉子轉動慣量不足有關，而經現場考察，發現壓縮機缺少飛輪部件，電機與壓縮機間連接處僅有聯軸器，故再次證明電機轉速波動原因，這對于機組振動會產生一定的影響。

經現場考察，1#、2#汽缸缸頭支撐剛度不足，僅以厚度10mm角鐵結構支撐缸頭位置。同時，此種支撐方式導致汽缸處于懸臂結構，汽缸缸頭處活塞方向振動明顯很大，造成機組縱向振動異常。

綜上所述：由于該機組設計結構缺少飛輪，導致往復壓縮機轉子轉動慣量嚴重不足。同時，機組支撐偏弱，剛度不足，實際運行中無法達到減小機組振動的目的。因此，提出以下改進建議。

1.該機組需在FPSO裝置承載能力允許的范圍內，改造機組支撐結構，尤其需要改變機組汽缸懸臂結構的支撐方式；建議增加支撐結構強度，同時改汽缸單側支撐為兩側支撐。

2.檢查機組對中情況，同時增加機組的轉動慣量，達到降低壓縮機曲軸的角加速度變化量，從而使轉速平穩的目的。

經改進，壓縮機組振動顯著降低，驗證了對機組振動原因的診斷結論。

[1]張海云，董曉雨，高鵬.海洋平臺往復壓縮機組脈動和振動控制方法[J].壓縮機技術，2010，223(5).

[2]趙東，王威強，馬汝建，蔡冬梅.海洋平臺振動控制研究現狀及近期發展[J].石油機械,2005，33(5).

[3]馬汝建,趙東,熊永功,叢林.海洋平臺振動測試及分析[J].濟南大學學報(自然科學版),2004,18(2).