低溫天然氣往復式壓縮機異常振動實例分析及控制

雷青峰 李峰（廣東大鵬液化天然氣有限公司）

引言：

在天然氣站場內，LNG被儲存在隔熱良好的儲罐中，但是儲罐不可能完全隔熱以阻止全部熱量的滲漏，這些滲漏熱量導致LNG達到沸點轉變成BOG（蒸發(fā)氣）。在正常操作時，儲罐內產生的BOG被壓縮機壓縮。作為BOG處理這一重要工藝的低溫天然氣往復式壓縮機，平穩(wěn)、安全和可靠，是實現裝置功能的基本要求。因此，解決壓縮機在開車時所出現的異常狀況，特別是振動超標，是刻不容緩的。

廣東大鵬LNG接收站第三臺壓縮機項目，是在原有兩臺往復式壓縮機（設備位號C-1101A/C-1101B）基礎上，新增一臺（設備位號C-1101C）與原有壓縮機同型號的設備。新增壓縮機與原有壓縮機同廠家，其性能參數也一致，詳見表1。

表1壓縮機性能參數表

一、振動的出現

壓縮機于2013年7月到貨，經相關檢驗合格后，隨后進行了設備本體的安裝工作。經過壓縮機附屬管線試壓及吹掃、系統(tǒng)干燥和氣密、油沖洗、電機測試、二次對中、機械無負荷測試后，完成氣閥的安裝。機械完工移交后，操作人員對設備試車，完成壓縮機的惰化與干燥后，設備進入預冷投用階段。

9 月1日，壓縮機進行進料功能測試。壓縮機運行按負荷100%～75%～50%～25%～50%～75%～100%的順序依次進行，現場對就地儀表數據和DCS數據進行實時記錄，記錄對象包括負荷、電流、電機軸承溫度、一級吸入壓力、一級吸入溫度、一級排出壓力、一級排出溫度、二級排出壓力、二級排出溫度、單機出口流量、一級活塞桿垂直位移、二級活塞桿垂直位移、框架振動值、主軸瓦溫度、潤滑油壓、潤滑油溫和潤滑油過濾器壓差。同時，現場進行運行測試記錄。整個測試過程在100%和75%負荷工況下，運行平穩(wěn)，各項指標也符合要求。但是當進入50%、25%負荷工況下，二級吸入管道、二級吸入緩沖罐以及二級氣缸的軸向（分別對應圖1中的A、B、C點）能明顯感覺到振動過大。在隨后9月10日進行的再次測試中，檢測數據也表明上述部位局部振動和特定方向振動值超標。

二、振動原因分析

往復式壓縮機由于存在旋轉慣性力、往復慣性力及力矩，會引起機器和基礎的振動。同時由于間歇性吸氣和排氣，氣流的壓力脈動還會引起管路振動。其振動具有以下特點：

1.運動比較復雜，振動既有旋轉運動引起的振動，又有往復運動產生的振動，眾多的頻率，范圍寬廣的激勵比較難以識別；

2.振動隨負荷變化，在轉速一定時，其負荷又隨外界情況變化；

3.同時發(fā)生多種振動，相互干擾大。當發(fā)動機的運動部件出現不同程度的機械故障時，難以從振動信號中檢測出相應的激勵變化情況；

4.缸數多，互相耦合，相互干擾，鄰缸對本缸以及本缸中各運動部件之間的相互干擾不易區(qū)分；

5.敏感測點的選擇及判斷依據的確定比較困難。

鑒于壓縮機振動成因復雜多變，所以決定由易到難，先進行機械結構分析，結合現場測量振動頻率和振幅，采用試錯法排除，尋找振動原因。通過分析，認定可能的振動原因及應對措施如下：

（1）二級氣缸振動

氣缸高度未調整至合適位置

應對措施：調整氣缸高度并檢查振動幅度趨勢

氣缸未緊固在氣缸支架上

應對措施：檢查螺栓緊固狀態(tài)

氣缸支架未緊固在基礎上

應對措施：檢查螺栓緊固狀態(tài)

（2）二級吸入緩沖罐振動

二級吸入緩沖罐未緊固在支撐鋼構上

應對措施：檢查螺栓緊固狀態(tài)

二級吸入緩沖罐支撐鋼構未緊固在基礎上

應對措施：檢查螺栓緊固狀態(tài)

二級排放緩沖罐支架剛度太大，不能平衡整個二級系統(tǒng)的緩沖

應對措施：適當減小二級排放緩沖罐支架螺栓緊固力矩，并檢查振動幅度趨勢

二級吸入緩沖罐支撐鋼構剛度不夠

應對措施：在50%、25%負荷工況下，用倒鏈拉緊二級吸入管道彎頭處，并檢查振動幅度趨勢

（3）二級吸入管道振動

級間管線上游的吸入氣體晃動二級吸入管道彎頭

應對措施：在50%、25%負荷工況下，用倒鏈拉緊二級吸入管道彎頭處，并檢查振動幅度趨勢

級間管線支架緊固力不夠

應對措施：檢查并調整管線支架的彈簧墊片長度

三、減振調試

針對上述可能產生振動的原因，首先對以上所提及的檢查點復核，沒有發(fā)現異常。隨后，對剩余項逐一整改，并觀測相應的振動趨勢。

1.二級吸入緩沖罐與支撐鋼構的緊固

此處緊固螺栓位于圖1所示B點處，現場測得此處螺栓力矩值為100Nm（設計標準值為100Nm）。經過調整測試，當力矩值增加至200Nm時，振動有減弱趨勢。

2.級間管線支架彈簧墊片調整

此處支架彈簧墊片位于圖1所示D點處，現場測得支架兩側墊片高度分別為231mm和241mm（設計標準值為235±5mm）。經過調整測試，當墊片高度值調整至227mm時，振動有減弱趨勢。

3.氣缸高度調整

此處位于圖1所示C點處，對氣缸支座下方的調整墊片做增減處理，以達到高度調整的目的。分別抽取0.5mm、1mm，塞入0.5mm、1mm、1.5mm調整墊片，觀測振動趨勢的變化。試驗證明，上述方法對振動有增強趨勢。

4.二級吸入管道彎頭處的緊固處理

此處位于圖1所示A點處，對二級吸入管道彎頭處采用倒鏈緊固的方式，觀測振動趨勢的變化。試驗證明，上述方法對振動無明顯影響。

通過一系列措施調整后，10月24日對此臺壓縮機又重新試車，同時還記錄了原有壓縮機（C-1101B）相同工況下的振動數據。其中，最主要的是對C-1101C在9月10日和10月24日兩次試車振動數據對比，以及10月24日C-1101C和C-1101B兩臺壓縮機振動數據對比。

表2 C-1101C兩次試車振動數據對比（單位：μm）

測試位置負荷方向①②25%A H V 50%A H V 25%A H V 50%A H V

表3 C-1101C與C-1101B振動數據對比（單位：μm）

數據證明，此時的管線和緩沖罐振動數值已控制在標準范圍內。同時數據也表明，振動主要體現在2級氣缸的端頭，也就是表中②點處。而廠家給出的標準極限值為氣缸振動≦300μm,管線和緩沖罐≦500μm。通過表2的對比，可以看出在25%的工況下，其H方向數值已由405.4μm下降至170.18μm。在50%的工況下，其H方向數值已由807.7μm下降至287.0μm，都在廠家規(guī)定的極限值300μm以內。通過表3的對比，也可以看出是在50%的工況下，C-1101C振動最大值為287.0μm，C-1101B振動最大值為160.528μm，屬于一個量級的可接受范圍。

結論

基于廣東大鵬LNG接收站的操作模式，在多罐或3個罐的操作條件下，壓縮機僅僅通過啟停（100%或0）就可以滿足壓縮機調壓的所有工況。同時，在工藝上，通過對C-1101C在9月10日和10月24日兩次工藝數據對比，可以看出兩次試車產量穩(wěn)定。通過對10月24日C-1101C和C-1101B兩臺壓縮機工藝數據對比，可以看出產量一致。因此，可以看到相應的減振措施取得了較好的控制振動效果。

在此次低溫天然氣往復式壓縮機異常振動的整改過程中，根據機械結構分析，結合現場測量振動頻率和振幅，以及觀測試車產量變化，通過調整螺栓緊固力矩值、支架彈簧墊片高度、氣缸高度和固定吸入管道彎頭等一系列試錯法排除操作，對壓縮機異常振動取到了一定的控制作用。這是一次成功的嘗試，也將為今后處理低溫天然氣往復式壓縮機異常振動問題提供一定的借鑒。

[1]美國石油學會．API618標準石油、化學和氣體工業(yè)設施用往復壓縮機．5版.

[2]劉萬生.空氣壓縮機的振動監(jiān)測與故障診斷.石油化工設備技術2002,（6）:56-58.

[3]周海成.機械設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1991.

[4]郁永章.往復活塞壓縮機.西安交通大學能動學院,2006.