遼河油田S6儲氣庫注氣工藝系統振動治理研究與應用

1.目的

中國石油遼河油田S6儲氣庫通過提高壓縮機入口壓力，避免了先降壓進入壓縮機，再升壓進入注氣管網的流程，充分利用管網壓力達到降本增效的目的。但是在生產運行中，壓縮機撬內三級出口管線、壓縮機撬外過濾分離器出口匯管及閥門振動程度嚴重超標，最大振動值達到了49.5 mm/s，造成較大安全生產隱患，可能導致注氣系統停產、天然氣泄漏、工藝線路斷裂等事故。通過對S6 儲氣庫注氣工藝系統振動檢測與數據分析，利用氣流脈動與機械振動分析軟件、建立壓縮機組及注氣工藝管網力學模型、使用有限元數值模擬系統受力等技術，解決了S6 儲氣庫注氣工藝系統振動嚴重超標的問題，避免生產運行中出現安全事故，同時為其他儲氣庫注、采系統振動問題治理提供了技術支撐。

2.方法

1）確定振動原因。利用氣流脈動與機械振動分析軟件，建立壓縮機組及注氣工藝管網力學模型（圖1）。根據API 618《石油化工和天然氣工業用往復式壓縮機》和ISO 20816《機械振動——機器振動的測量和評定——往復式壓縮機系統》標準對振動的要求，通過調整壓縮機、管線、閥門和壓力緩沖罐的合理受力閾限值，以及使用有限元數值模擬系統受力情況，計算得到系統各個節點在頻域里的脈動不平衡力和壓縮機組在載荷作用下的響應值，確定了注氣工藝系統振動產生的原因。

圖1 壓縮機組撬內系統機械振動分析模型圖

2）制訂減振工藝措施。根據注氣工藝系統振動原因，利用建立的注氣全系統模型進行優化設計（圖2），對照API 618 和ISO 20816 標準制訂了減振工藝。例如針對壓縮機組撬外過濾分離器出口管線，在過濾分離器出口法蘭增設孔板，孔板產生的壓降為2.34 kPa，壓縮機組產生的總壓降可從110.2 kPa 下降到50.8 kPa，小于API618 標準允許值63.8 kPa。

圖2 模擬分析增設孔板法蘭減振示意圖

3）振動關鍵節點工藝管線限位措施。通過排查整個注氣系統，檢驗建立振動關鍵節點，并對關鍵節點的振動情況進行分析研究（圖3），采取了工藝管線限位措施，有效解決了撬外注氣工藝管線振動超標問題。例如針對壓縮機組撬內末級除油器進口管線，采用型鋼加固管廊支撐，水平回流管彎頭處增設管卡，最大振動值從31.2 mm/s 降到15.3 mm/s，與此前增壓注氣生產時振動值相當，達到安全運行效果。

圖3 模擬分析增設軸向限位支撐減振示意圖

3.作用和效果

治理后的注氣工藝系統在2022—2023年注氣期安全平穩運行，達到以下效果：

1）關鍵檢測點振動值下降明顯，振動值超高部位得到有效治理。

2）撬外過濾分離器至壓縮機組廠房之間的架空管線處，振動測量值低于7 mm/s；撬內壓縮機大部分管線和三級空冷器出口至末級除油器管線處，振動測量值低于19 mm/s ，滿足國際標準API 618 和ISO 20816 的要求。

3）通過此次振動治理改造，基本解決了S6 儲氣庫注氣工藝系統管網振動超標問題，同時可為國內其他儲氣庫壓縮機注氣模式相關問題治理提供借鑒方法。

本方法的成功應用，同等注氣量可以減少壓縮機投用數量，節約電量、潤滑油和損耗，每個注氣期較治理前節省成本超過800 萬元，經濟效益顯著，應用前景廣闊。