FPSO往复压缩机振动案例分析

杨家臣

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452）

一、FPSO装置介绍

浮式生产储存卸货装置FPSO（Floating Production Storage&Offloading）是一种可将油井的油气水等混合液经过加工、处理成合格的原油或天然气的大型船只。FPSO集生产、处理、储存外输及生活、动力供应于一体。

FPSO具有抗风浪能力强、适应水深范围广、储卸油能力大及可转移、重复使用等优点，广泛适用于远离海岸的深海、浅海海域及边际油田的开发。FPSO通常与钻油平台或海底采油系统组成一个完整的采油、原油处理、储油和卸油系统，其作业原理是：通过海底输油管线接受从海底油井中采出的原油，并在船上进行处理，然后储存在货油舱内，最后通过卸载系统输往穿梭油轮。

与海上采油平台类似，往复压缩机在FPSO上用于天然气的增压和外输，属于关键设备。往复压缩机由于其往复运动的特点，工作过程中振动不可避免，如何减小机组振动是压缩机设计、安装过程中必须考虑的问题。通常情况下，陆上机组采用加强基础刚度，如钢筋混凝土浇筑底座等方法，但在海上，由于FPSO结构特点及承载能力有限，陆地上的振动控制方法不适用，因此通常从压缩机安装处的结构强度、撬底座设计、管道及气体缓冲结构设计等方面确保往复压缩机安全正常运行。

二、案例介绍

中海油某油田海上FPSO装置天然气压缩机组2010年发生振动异常。运行过程中，电机、压缩机、压缩机基础、管道和撬块均存在振动较大现象，对生产工作产生较严重的影响。现场对电机、压缩机、管道以及撬块相关测点进行了振动测量，发现振动值较高。机组结构简图见图1。

使用离线检测设备对电机测点、压缩机曲轴箱测点、缸体测点以及机组支撑测点进行振动数据采集，相关测点频谱图见图2、图3、图4、图5。

频谱图显示电机与压缩机曲轴箱测点及缸体测点存在明显的二倍频，现场实测驱动轴轴心轨迹为外八字，可知机组存在一定的不对中。与此同时，从频谱图可见，电机转速存在一定的波动，在15r/min左右，该波动与往复压缩机转子转动惯量不足有关，而经现场考察，发现压缩机缺少飞轮部件，电机与压缩机间连接处仅有联轴器，故再次证明电机转速波动原因，这对于机组振动会产生一定的影响。

经现场考察，1#、2#汽缸缸头支撑刚度不足，仅以厚度10mm角铁结构支撑缸头位置。同时，此种支撑方式导致汽缸处于悬臂结构，汽缸缸头处活塞方向振动明显很大，造成机组纵向振动异常。

综上所述：由于该机组设计结构缺少飞轮，导致往复压缩机转子转动惯量严重不足。同时，机组支撑偏弱，刚度不足，实际运行中无法达到减小机组振动的目的。因此，提出以下改进建议。

1.该机组需在FPSO装置承载能力允许的范围内，改造机组支撑结构，尤其需要改变机组汽缸悬臂结构的支撑方式；建议增加支撑结构强度，同时改汽缸单侧支撑为两侧支撑。

2.检查机组对中情况，同时增加机组的转动惯量，达到降低压缩机曲轴的角加速度变化量，从而使转速平稳的目的。

经改进，压缩机组振动显著降低，验证了对机组振动原因的诊断结论。

[1]张海云，董晓雨，高鹏.海洋平台往复压缩机组脉动和振动控制方法[J].压缩机技术，2010，223(5).

[2]赵东，王威强，马汝建，蔡冬梅.海洋平台振动控制研究现状及近期发展[J].石油机械,2005，33(5).

[3]马汝建,赵东,熊永功,丛林.海洋平台振动测试及分析[J].济南大学学报(自然科学版),2004,18(2).