V 形往复式压缩机管线振动分析与减振措施

帕哈提·赛买提，于山江·麦麦提，肉鲜古力·阿不都吉力

（新疆油田公司采气一厂，新疆克拉玛依 834000）

0 引言

YY 气田天然气处理站富气压缩机为电动V 形双缸二级串列式活塞压缩机，形号V-3/6-65，电机额定功率160 kW。压缩机额定参数3 m3/min，日压气量30 000 m3，一级进气压力0.6 MPa，一级排气压力2.2 MPa（安全阀设定2.5 MPa），二级出口压力6.5 MPa（安全阀设定6.8～7 MPa）。V 形压缩机是角度式压缩机的一种，气缸V 字形排列（图1），在同一个曲拐上配置2 个连杆，与每个连杆对应的气缸中心线间有一定的夹角，因此结构紧凑，体积小。但需要内部平衡各种力，以消除机组的振动源，动力平衡性要求较高。由于结构上的原因，会对本体以及管线造成较大的振动效应。YY 气田V 形压缩机运行过程中，频繁出现二级汇管断裂问题。现场采用振动监测仪测取机组管线振动幅值较高，管线振动是汇管断裂的原因。

1 管线振动分析

压缩机管线剧烈运动，影响压缩机的容积效率，同时降低排气量，一定程度上也会导致功率受到损坏，控制仪表使用寿命变短，排气阀寿命会也受到影响，如果不及时处理，管线与其他配件连接部分会发生破裂或松弛，极易发生泄漏燃烧爆炸事故。V 形往复式压缩机汇管线、缓冲罐及支架相连结构成一个复杂的系统与机械结构，经分析，振动产生的主要原因有3 个。

1.1 管流脉动

管流脉动主要是指管道流体的速度、压力与密度出现周期性变化的现象。在往复压缩机吸气与排气的过程中，会产生周期性与间歇性的管道流体速度与压力参数，变化的主要表现形式是时间上的变化。激振力的产生也是由于脉动气流在管道运输过程中遇到三通、弯管、法兰等元件时产生的现象，激振力在附属设备与管道的作用下产生。

1.2 设备装配或基础设计不合理

图1 V 形双杠结构

振动产生的原因主要是基础设计或设备装配不合理造成的。压缩机运动机构的不平衡现象，也是基础设计或设备装配细节问题导致。若地脚支承不稳定，会严重影响到管线振动能量，分析显示，管道振动的主要原因就是基础设计不合理。

1.3 共振

气柱是管路系统内容纳气体的简称。气柱可以压缩膨胀，像振动系统的弹簧，也存在一定的质量。因此，气柱自身也是振动系统，在外界的激发力之下会产生振动现象。压缩机活塞运动时周期性地向管路吸气、排气，管路中的气体产生激振力引起气柱振动。按API 压缩规程，气柱共振指压缩机激发频率为（0.8～1.2）倍气柱共振频率时，管道中的气柱处于共振状态，此时气流压力脉动异常严重，引起管道、压缩机和基础的强烈振动。

气田各压缩机汇管都有不同程度振动幅值，其中YY 气田压缩机振动较大，超出ISO 10816—6《压缩机国际标准：往复式机器振动分类和指导值参考》规定范围，结合压缩机汇管布置和气流脉动，分析振动原因。

2 二级汇管振动监测与分析

根据振动机理，利用振动监测仪器，对YY 气田V 形压缩机机组缸体、气阀、电机及各管线水平、垂直、轴向3 个方向测点进行组态，通过5 次振动监测，建立机组振动数据库，每台压缩机测点对应振动幅值历史曲线见图2、图3。

振动历史曲线显示，压缩机机组二级汇管加速度值＞20 m/s2，其主要分布在二级汇管，以3 号机组为例，二级汇管3 个方向测点加速度值＞22 m/s2，平均值为24 m/s2。

按照ISO 10816—6《压缩机国际标准：往复式机器振动分类和指导值参考》，YY 气田V 形压缩机二级汇管在C 区域，“通常不能令人满意的长期工作的机器振动区域，一般这种情况可以做有期限的操作直到有满意的补救措施出现”。现场机组运行过程中，由于二级排气汇管振动烈度过大，导致焊缝连接处泄漏，3 台压缩机二级排气汇管焊缝处频繁开裂，几乎每个月都需要更换和修复。问题分析：根据SH/T 3143—2012《石油化工往复压缩机工程技术规定》要求，缓冲罐位置要尽量靠近气缸，以减少气流脉冲，YY 气田V 形压缩机二级压缩缸排出的富气经过排气汇管—换热器—管段流程后进入缓冲罐，实际测算距离为3 m，不在气缸出口附近，不符合规范要求。

图2 YY1 号压缩机时域曲线

图3 YY2 号压缩机时域曲线

3 管线振动消减措施

针对汇管结构存在的问题，对压缩机的二级排气汇管（缓冲罐）重新设计、制造、安装，主要措施：扩大现有的二级排气汇管容积，长度1935 mm，直径280 mm，扩大汇管容积有利于缓冲脉动；汇管规格加大到DN100，压力不均匀度许用值经测算为7.1，加大许用值，V 形压缩机压力不均匀度在合理范围内，降低压力不均匀度影响。

4 结语

由于往复式压缩机活塞的往复运动和气阀的间断启闭都会产生气流脉动，在压缩机气缸出口附近设置缓冲罐是简单有效的消振措施。缓冲罐能使后继管道内的气流脉动得以缓和，降低排气间因气流脉动造成的功率消耗，降低管道内的阻力损失。因此，缓冲罐位置要尽量靠近气缸，尽可能缩短其管线长度，以减少脉冲振动。相应进、排气管线也需做管卡紧固，并且管线与管卡垫减振橡胶，可以起到一定的减振作用。