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(chǎng)內(nèi)，LNG被儲(chǔ)存在隔熱良好的儲(chǔ)罐中，但是儲(chǔ)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(dǎo)致LNG達(dá)到沸點(diǎn)轉(zhuǎn)變成BOG（蒸發(fā)氣）。在正常操作時(shí)，儲(chǔ)罐內(nèi)產(chǎn)生的BOG被壓縮機(jī)壓縮。作為BOG處理這一重要工藝的低溫天然氣往復(fù)式壓縮機(jī)，平穩(wěn)、安全和可靠，是實(shí)現(xiàn)裝置功能的基本要求。因此，解決壓縮機(jī)在開(kāi)車時(shí)所出現(xiàn)的異常狀況，特別是振動(dòng)超標(biāo)，是刻不容緩的。

廣東大鵬LNG接收站第三臺(tái)壓縮機(jī)項(xiàng)目，是在原有兩臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)（設(shè)備位號(hào)C-1101A/C-1101B）基礎(chǔ)上，新增一臺(tái)（設(shè)備位號(hào)C-1101C）與原有壓縮機(jī)同型號(hào)的設(shè)備。新增壓縮機(jī)與原有壓縮機(jī)同廠家，其性能參數(shù)也一致，詳見(jiàn)表1。

表1壓縮機(jī)性能參數(shù)表

一、振動(dòng)的出現(xiàn)

壓縮機(jī)于2013年7月到貨，經(jīng)相關(guān)檢驗(yàn)合格后，隨后進(jìn)行了設(shè)備本體的安裝工作。經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)附屬管線試壓及吹掃、系統(tǒng)干燥和氣密、油沖洗、電機(jī)測(cè)試、二次對(duì)中、機(jī)械無(wú)負(fù)荷測(cè)試后，完成氣閥的安裝。機(jī)械完工移交后，操作人員對(duì)設(shè)備試車，完成壓縮機(jī)的惰化與干燥后，設(shè)備進(jìn)入預(yù)冷投用階段。

9 月1日，壓縮機(jī)進(jìn)行進(jìn)料功能測(cè)試。壓縮機(jī)運(yùn)行按負(fù)荷100%～75%～50%～25%～50%～75%～100%的順序依次進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)就地儀表數(shù)據(jù)和DCS數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，記錄對(duì)象包括負(fù)荷、電流、電機(jī)軸承溫度、一級(jí)吸入壓力、一級(jí)吸入溫度、一級(jí)排出壓力、一級(jí)排出溫度、二級(jí)排出壓力、二級(jí)排出溫度、單機(jī)出口流量、一級(jí)活塞桿垂直位移、二級(jí)活塞桿垂直位移、框架振動(dòng)值、主軸瓦溫度、潤(rùn)滑油壓、潤(rùn)滑油溫和潤(rùn)滑油過(guò)濾器壓差。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試記錄。整個(gè)測(cè)試過(guò)程在100%和75%負(fù)荷工況下，運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)指標(biāo)也符合要求。但是當(dāng)進(jìn)入50%、25%負(fù)荷工況下，二級(jí)吸入管道、二級(jí)吸入緩沖罐以及二級(jí)氣缸的軸向（分別對(duì)應(yīng)圖1中的A、B、C點(diǎn)）能明顯感覺(jué)到振動(dòng)過(guò)大。在隨后9月10日進(jìn)行的再次測(cè)試中，檢測(cè)數(shù)據(jù)也表明上述部位局部振動(dòng)和特定方向振動(dòng)值超標(biāo)。

二、振動(dòng)原因分析

往復(fù)式壓縮機(jī)由于存在旋轉(zhuǎn)慣性力、往復(fù)慣性力及力矩，會(huì)引起機(jī)器和基礎(chǔ)的振動(dòng)。同時(shí)由于間歇性吸氣和排氣，氣流的壓力脈動(dòng)還會(huì)引起管路振動(dòng)。其振動(dòng)具有以下特點(diǎn)：

1.運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜，振動(dòng)既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引起的振動(dòng)，又有往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)，眾多的頻率，范圍寬廣的激勵(lì)比較難以識(shí)別；

2.振動(dòng)隨負(fù)荷變化，在轉(zhuǎn)速一定時(shí)，其負(fù)荷又隨外界情況變化；

3.同時(shí)發(fā)生多種振動(dòng)，相互干擾大。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件出現(xiàn)不同程度的機(jī)械故障時(shí)，難以從振動(dòng)信號(hào)中檢測(cè)出相應(yīng)的激勵(lì)變化情況；

4.缸數(shù)多，互相耦合，相互干擾，鄰缸對(duì)本缸以及本缸中各運(yùn)動(dòng)部件之間的相互干擾不易區(qū)分；

5.敏感測(cè)點(diǎn)的選擇及判斷依據(jù)的確定比較困難。

鑒于壓縮機(jī)振動(dòng)成因復(fù)雜多變，所以決定由易到難，先進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量振動(dòng)頻率和振幅，采用試錯(cuò)法排除，尋找振動(dòng)原因。通過(guò)分析，認(rèn)定可能的振動(dòng)原因及應(yīng)對(duì)措施如下：

（1）二級(jí)氣缸振動(dòng)

氣缸高度未調(diào)整至合適位置

應(yīng)對(duì)措施：調(diào)整氣缸高度并檢查振動(dòng)幅度趨勢(shì)

氣缸未緊固在氣缸支架上

應(yīng)對(duì)措施：檢查螺栓緊固狀態(tài)

氣缸支架未緊固在基礎(chǔ)上

應(yīng)對(duì)措施：檢查螺栓緊固狀態(tài)

（2）二級(jí)吸入緩沖罐振動(dòng)

二級(jí)吸入緩沖罐未緊固在支撐鋼構(gòu)上

應(yīng)對(duì)措施：檢查螺栓緊固狀態(tài)

二級(jí)吸入緩沖罐支撐鋼構(gòu)未緊固在基礎(chǔ)上

應(yīng)對(duì)措施：檢查螺栓緊固狀態(tài)

二級(jí)排放緩沖罐支架剛度太大，不能平衡整個(gè)二級(jí)系統(tǒng)的緩沖

應(yīng)對(duì)措施：適當(dāng)減小二級(jí)排放緩沖罐支架螺栓緊固力矩，并檢查振動(dòng)幅度趨勢(shì)

二級(jí)吸入緩沖罐支撐鋼構(gòu)剛度不夠

應(yīng)對(duì)措施：在50%、25%負(fù)荷工況下，用倒鏈拉緊二級(jí)吸入管道彎頭處，并檢查振動(dòng)幅度趨勢(shì)

（3）二級(jí)吸入管道振動(dòng)

級(jí)間管線上游的吸入氣體晃動(dòng)二級(jí)吸入管道彎頭

應(yīng)對(duì)措施：在50%、25%負(fù)荷工況下，用倒鏈拉緊二級(jí)吸入管道彎頭處，并檢查振動(dòng)幅度趨勢(shì)

級(jí)間管線支架緊固力不夠

應(yīng)對(duì)措施：檢查并調(diào)整管線支架的彈簧墊片長(zhǎng)度

三、減振調(diào)試

針對(duì)上述可能產(chǎn)生振動(dòng)的原因，首先對(duì)以上所提及的檢查點(diǎn)復(fù)核，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常。隨后，對(duì)剩余項(xiàng)逐一整改，并觀測(cè)相應(yīng)的振動(dòng)趨勢(shì)。

1.二級(jí)吸入緩沖罐與支撐鋼構(gòu)的緊固

此處緊固螺栓位于圖1所示B點(diǎn)處，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得此處螺栓力矩值為100Nm（設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值為100Nm）。經(jīng)過(guò)調(diào)整測(cè)試，當(dāng)力矩值增加至200Nm時(shí)，振動(dòng)有減弱趨勢(shì)。

2.級(jí)間管線支架彈簧墊片調(diào)整

此處支架彈簧墊片位于圖1所示D點(diǎn)處，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得支架兩側(cè)墊片高度分別為231mm和241mm（設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值為235±5mm）。經(jīng)過(guò)調(diào)整測(cè)試，當(dāng)墊片高度值調(diào)整至227mm時(shí)，振動(dòng)有減弱趨勢(shì)。

3.氣缸高度調(diào)整

此處位于圖1所示C點(diǎn)處，對(duì)氣缸支座下方的調(diào)整墊片做增減處理，以達(dá)到高度調(diào)整的目的。分別抽取0.5mm、1mm，塞入0.5mm、1mm、1.5mm調(diào)整墊片，觀測(cè)振動(dòng)趨勢(shì)的變化。試驗(yàn)證明，上述方法對(duì)振動(dòng)有增強(qiáng)趨勢(shì)。

4.二級(jí)吸入管道彎頭處的緊固處理

此處位于圖1所示A點(diǎn)處，對(duì)二級(jí)吸入管道彎頭處采用倒鏈緊固的方式，觀測(cè)振動(dòng)趨勢(shì)的變化。試驗(yàn)證明，上述方法對(duì)振動(dòng)無(wú)明顯影響。

通過(guò)一系列措施調(diào)整后，10月24日對(duì)此臺(tái)壓縮機(jī)又重新試車，同時(shí)還記錄了原有壓縮機(jī)（C-1101B）相同工況下的振動(dòng)數(shù)據(jù)。其中，最主要的是對(duì)C-1101C在9月10日和10月24日兩次試車振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)比，以及10月24日C-1101C和C-1101B兩臺(tái)壓縮機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)比。

表2 C-1101C兩次試車振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)比（單位：μm）

測(cè)試位置負(fù)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(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)比（單位：μm）

數(shù)據(jù)證明，此時(shí)的管線和緩沖罐振動(dòng)數(shù)值已控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。同時(shí)數(shù)據(jù)也表明，振動(dòng)主要體現(xiàn)在2級(jí)氣缸的端頭，也就是表中②點(diǎn)處。而廠家給出的標(biāo)準(zhǔn)極限值為氣缸振動(dòng)≦300μm,管線和緩沖罐≦500μm。通過(guò)表2的對(duì)比，可以看出在25%的工況下，其H方向數(shù)值已由405.4μm下降至170.18μm。在50%的工況下，其H方向數(shù)值已由807.7μm下降至287.0μm，都在廠家規(guī)定的極限值300μm以內(nèi)。通過(guò)表3的對(duì)比，也可以看出是在50%的工況下，C-1101C振動(dòng)最大值為287.0μm，C-1101B振動(dòng)最大值為160.528μm，屬于一個(gè)量級(jí)的可接受范圍。

結(jié)論

基于廣東大鵬LNG接收站的操作模式，在多罐或3個(gè)罐的操作條件下，壓縮機(jī)僅僅通過(guò)啟停（100%或0）就可以滿足壓縮機(jī)調(diào)壓的所有工況。同時(shí)，在工藝上，通過(guò)對(duì)C-1101C在9月10日和10月24日兩次工藝數(shù)據(jù)對(duì)比，可以看出兩次試車產(chǎn)量穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)10月24日C-1101C和C-1101B兩臺(tái)壓縮機(jī)工藝數(shù)據(jù)對(duì)比，可以看出產(chǎn)量一致。因此，可以看到相應(yīng)的減振措施取得了較好的控制振動(dòng)效果。

在此次低溫天然氣往復(fù)式壓縮機(jī)異常振動(dòng)的整改過(guò)程中，根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量振動(dòng)頻率和振幅，以及觀測(cè)試車產(chǎn)量變化，通過(guò)調(diào)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(cuò)法排除操作，對(duì)壓縮機(jī)異常振動(dòng)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(fù)式壓縮機(jī)異常振動(dòng)問(wèn)題提供一定的借鑒。

[1]美國(guó)石油學(xué)會(huì)．API618標(biāo)準(zhǔn)石油、化學(xué)和氣體工業(yè)設(shè)施用往復(fù)壓縮機(jī)．5版.

[2]劉萬(wàn)生.空氣壓縮機(jī)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷.石油化工設(shè)備技術(shù)2002,（6）:56-58.

[3]周海成.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

[4]郁永章.往復(fù)活塞壓縮機(jī).西安交通大學(xué)能動(dòng)學(xué)院,2006.