V 形往復式壓縮機管線振動分析與減振措施

帕哈提·賽買提，于山江·麥麥提，肉鮮古力·阿不都吉力

（新疆油田公司采氣一廠，新疆克拉瑪依 834000）

0 引言

YY 氣田天然氣處理站富氣壓縮機為電動V 形雙缸二級串列式活塞壓縮機，形號V-3/6-65，電機額定功率160 kW。壓縮機額定參數3 m3/min，日壓氣量30 000 m3，一級進氣壓力0.6 MPa，一級排氣壓力2.2 MPa（安全閥設定2.5 MPa），二級出口壓力6.5 MPa（安全閥設定6.8～7 MPa）。V 形壓縮機是角度式壓縮機的一種，氣缸V 字形排列（圖1），在同一個曲拐上配置2 個連桿，與每個連桿對應的氣缸中心線間有一定的夾角，因此結構緊湊，體積小。但需要內部平衡各種力，以消除機組的振動源，動力平衡性要求較高。由于結構上的原因，會對本體以及管線造成較大的振動效應。YY 氣田V 形壓縮機運行過程中，頻繁出現二級匯管斷裂問題。現場采用振動監測儀測取機組管線振動幅值較高，管線振動是匯管斷裂的原因。

1 管線振動分析

壓縮機管線劇烈運動，影響壓縮機的容積效率，同時降低排氣量，一定程度上也會導致功率受到損壞，控制儀表使用壽命變短，排氣閥壽命會也受到影響，如果不及時處理，管線與其他配件連接部分會發生破裂或松弛，極易發生泄漏燃燒爆炸事故。V 形往復式壓縮機匯管線、緩沖罐及支架相連結構成一個復雜的系統與機械結構，經分析，振動產生的主要原因有3 個。

1.1 管流脈動

管流脈動主要是指管道流體的速度、壓力與密度出現周期性變化的現象。在往復壓縮機吸氣與排氣的過程中，會產生周期性與間歇性的管道流體速度與壓力參數，變化的主要表現形式是時間上的變化。激振力的產生也是由于脈動氣流在管道運輸過程中遇到三通、彎管、法蘭等元件時產生的現象，激振力在附屬設備與管道的作用下產生。

1.2 設備裝配或基礎設計不合理

圖1 V 形雙杠結構

振動產生的原因主要是基礎設計或設備裝配不合理造成的。壓縮機運動機構的不平衡現象，也是基礎設計或設備裝配細節問題導致。若地腳支承不穩定，會嚴重影響到管線振動能量，分析顯示，管道振動的主要原因就是基礎設計不合理。

1.3 共振

氣柱是管路系統內容納氣體的簡稱。氣柱可以壓縮膨脹，像振動系統的彈簧，也存在一定的質量。因此，氣柱自身也是振動系統，在外界的激發力之下會產生振動現象。壓縮機活塞運動時周期性地向管路吸氣、排氣，管路中的氣體產生激振力引起氣柱振動。按API 壓縮規程，氣柱共振指壓縮機激發頻率為（0.8～1.2）倍氣柱共振頻率時，管道中的氣柱處于共振狀態，此時氣流壓力脈動異常嚴重，引起管道、壓縮機和基礎的強烈振動。

氣田各壓縮機匯管都有不同程度振動幅值，其中YY 氣田壓縮機振動較大，超出ISO 10816—6《壓縮機國際標準：往復式機器振動分類和指導值參考》規定范圍，結合壓縮機匯管布置和氣流脈動，分析振動原因。

2 二級匯管振動監測與分析

根據振動機理，利用振動監測儀器，對YY 氣田V 形壓縮機機組缸體、氣閥、電機及各管線水平、垂直、軸向3 個方向測點進行組態，通過5 次振動監測，建立機組振動數據庫，每臺壓縮機測點對應振動幅值歷史曲線見圖2、圖3。

振動歷史曲線顯示，壓縮機機組二級匯管加速度值＞20 m/s2，其主要分布在二級匯管，以3 號機組為例，二級匯管3 個方向測點加速度值＞22 m/s2，平均值為24 m/s2。

按照ISO 10816—6《壓縮機國際標準：往復式機器振動分類和指導值參考》，YY 氣田V 形壓縮機二級匯管在C 區域，“通常不能令人滿意的長期工作的機器振動區域，一般這種情況可以做有期限的操作直到有滿意的補救措施出現”。現場機組運行過程中，由于二級排氣匯管振動烈度過大，導致焊縫連接處泄漏，3 臺壓縮機二級排氣匯管焊縫處頻繁開裂，幾乎每個月都需要更換和修復。問題分析：根據SH/T 3143—2012《石油化工往復壓縮機工程技術規定》要求，緩沖罐位置要盡量靠近氣缸，以減少氣流脈沖，YY 氣田V 形壓縮機二級壓縮缸排出的富氣經過排氣匯管—換熱器—管段流程后進入緩沖罐，實際測算距離為3 m，不在氣缸出口附近，不符合規范要求。

圖2 YY1 號壓縮機時域曲線

圖3 YY2 號壓縮機時域曲線

3 管線振動消減措施

針對匯管結構存在的問題，對壓縮機的二級排氣匯管（緩沖罐）重新設計、制造、安裝，主要措施：擴大現有的二級排氣匯管容積，長度1935 mm，直徑280 mm，擴大匯管容積有利于緩沖脈動；匯管規格加大到DN100，壓力不均勻度許用值經測算為7.1，加大許用值，V 形壓縮機壓力不均勻度在合理范圍內，降低壓力不均勻度影響。

4 結語

由于往復式壓縮機活塞的往復運動和氣閥的間斷啟閉都會產生氣流脈動，在壓縮機氣缸出口附近設置緩沖罐是簡單有效的消振措施。緩沖罐能使后繼管道內的氣流脈動得以緩和，降低排氣間因氣流脈動造成的功率消耗，降低管道內的阻力損失。因此，緩沖罐位置要盡量靠近氣缸，盡可能縮短其管線長度，以減少脈沖振動。相應進、排氣管線也需做管卡緊固，并且管線與管卡墊減振橡膠，可以起到一定的減振作用。