張宏，陳浩，盧宏偉，李治中國石油長(zhǎng)慶油田分公司儲(chǔ)氣庫管理處，陜西靖邊718500

電驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)組沉降監(jiān)測(cè)與分析技術(shù)

張宏，陳浩，盧宏偉，李治
中國石油長(zhǎng)慶油田分公司儲(chǔ)氣庫管理處，陜西靖邊718500

受復(fù)雜的地質(zhì)情況、工程施工質(zhì)量及壓縮機(jī)組自重的影響，壓縮機(jī)組在安裝完成后及運(yùn)行過程中可能產(chǎn)生基礎(chǔ)縱向沉降或明顯的不均勻沉降。以長(zhǎng)慶油田某集注站三臺(tái)電驅(qū)往復(fù)式壓縮機(jī)組沉降監(jiān)測(cè)為例，介紹了沉降的監(jiān)測(cè)方法，并通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析來預(yù)測(cè)地基變形。經(jīng)全年沉降觀測(cè)，測(cè)得該集注站壓縮機(jī)基礎(chǔ)全年最大沉降值為0.58 mm，最大沉降速率為0.007 mm/d，均小于規(guī)范允許值。且經(jīng)過一年的運(yùn)行，沉降速率放緩，表明基礎(chǔ)沉降已趨于穩(wěn)定，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。

壓縮機(jī)組；沉降；監(jiān)測(cè)方法；結(jié)果分析

受復(fù)雜的地質(zhì)情況、工程施工質(zhì)量及壓縮機(jī)組自重的影響，壓縮機(jī)組在安裝完成后及運(yùn)行的過程中可能產(chǎn)生基礎(chǔ)縱向沉降或明顯的不均勻沉降。因此，設(shè)備安裝后對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析來判斷及預(yù)測(cè)地基變形，確保地基變形可控已成為保障壓縮機(jī)安全運(yùn)行的重要工作。本文以長(zhǎng)慶某集注站三臺(tái)電驅(qū)往復(fù)式壓縮機(jī)組沉降監(jiān)測(cè)為例，討論并分析了沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)的具體實(shí)施方法。

1 工程概況

長(zhǎng)慶某儲(chǔ)氣庫集注站位于陜西省靖邊縣，站內(nèi)安裝有3臺(tái)4 500 kW電驅(qū)往復(fù)式壓縮機(jī)，單臺(tái)電驅(qū)壓縮機(jī)質(zhì)量為71.8 t，壓縮機(jī)組采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)。場(chǎng)地內(nèi)地層為細(xì)砂，承載力低，無法作為建筑物的天然地基。地基采用墊層法處理，基礎(chǔ)素混凝土墊層下采用1.0 m厚整片級(jí)配礫石墊層，壓實(shí)系數(shù)不小于0.97，處理后地基承載力特征值不小于200 kPa?；A(chǔ)底面以上基坑部分為礫石分層回填，壓實(shí)系數(shù)不小于0.95。根據(jù)巖土勘察報(bào)告，基礎(chǔ)施工處水位埋深3.5～6.0 m之間，受季節(jié)變化降雨量影響，水位升降幅度可達(dá)約1.0 m左右，可能會(huì)影響到基礎(chǔ)穩(wěn)定性。

為判斷壓縮機(jī)組基礎(chǔ)沉降的情況，對(duì)壓縮機(jī)組進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)。本監(jiān)測(cè)采用閉合水準(zhǔn)線路測(cè)量，通過對(duì)測(cè)量的觀測(cè)點(diǎn)高差進(jìn)行分析計(jì)算，從而判斷基礎(chǔ)沉降情況。

2 沉降監(jiān)測(cè)

集注站壓縮機(jī)屬于動(dòng)設(shè)備，在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，因而本次沉降監(jiān)測(cè)主要觀測(cè)壓縮機(jī)在停機(jī)狀態(tài)下的均勻沉降及正常運(yùn)行中出現(xiàn)的不均勻沉降。

本次沉降監(jiān)測(cè)于2014年底完成建網(wǎng)初測(cè)，而后每季度測(cè)量一次，2015年全年共復(fù)測(cè)4次。初始測(cè)量記錄每臺(tái)壓縮機(jī)十組觀測(cè)點(diǎn)的初始標(biāo)高。觀測(cè)成果的記錄以mm為單位，均精確到0.01 mm。

2.1測(cè)量?jī)x器

初測(cè)使用拓普康DL-501電子水準(zhǔn)儀1臺(tái)（該水準(zhǔn)儀1 km往測(cè)與返測(cè)高差的平均值的誤差不超過0.3 mm）、衛(wèi)星定位儀2臺(tái)、全站儀1臺(tái)。

復(fù)測(cè)階段，使用拓普康DL-501電子水準(zhǔn)儀1臺(tái)、全站儀1臺(tái)。測(cè)量結(jié)果需符合JGJ/T 8-2007《建筑變形測(cè)量規(guī)范》及GB 50026-2007《工程測(cè)量規(guī)范》要求。根據(jù)儀器參數(shù)計(jì)算得到測(cè)站高差誤差為0.135 mm，符合Ⅰ等水準(zhǔn)測(cè)量要求。

2.2技術(shù)要求

本次測(cè)量按照一級(jí)變形測(cè)量的精度要求作業(yè)，其技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1　水準(zhǔn)測(cè)量的主要技術(shù)指標(biāo)

2.3基準(zhǔn)點(diǎn)及觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

2.3.1基準(zhǔn)點(diǎn)

為了監(jiān)測(cè)壓縮及基礎(chǔ)的主體沉降，在其影響范圍之外的穩(wěn)定地區(qū)埋設(shè)了3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)（LVL-21～23），如圖1所示。

基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)志采用混凝土標(biāo)石，作為觀測(cè)的起算點(diǎn)。此點(diǎn)要在埋設(shè)好兩個(gè)星期后才可啟用。

圖1　壓縮機(jī)沉降觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)布置示意

2.3.2觀測(cè)點(diǎn)

每臺(tái)壓縮機(jī)的基座設(shè)6個(gè)變形觀測(cè)點(diǎn)，用沖擊鉆在觀測(cè)點(diǎn)打孔，固定沉降觀測(cè)標(biāo)志。如圖2所示。

圖2　壓縮機(jī)基座沉降觀測(cè)點(diǎn)布置示意

每臺(tái)壓縮機(jī)的4個(gè)吊耳的最高點(diǎn)可以作為機(jī)身變形傾斜的觀測(cè)點(diǎn)，用電鉆在此打一個(gè)2 mm的小孔作為觀測(cè)標(biāo)記，并在吊耳一側(cè)打孔做標(biāo)記作為頂部標(biāo)記的備用點(diǎn)，如圖3所示。

圖3　壓縮機(jī)基座變形觀測(cè)點(diǎn)

2.4水準(zhǔn)線路的確定及閉合差計(jì)算

本次監(jiān)測(cè)選取兩條水準(zhǔn)線路，第一條水準(zhǔn)線路為3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成的基準(zhǔn)網(wǎng)，定期進(jìn)行聯(lián)測(cè)，以檢測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性；第二條水準(zhǔn)線路用于測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)高。每次觀測(cè)都以固定的閉合觀測(cè)線路測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)高程，以降低測(cè)量誤差，提高觀測(cè)精度。水準(zhǔn)線路的選擇如圖4所示。

圖4　水準(zhǔn)線路1

本次沉降監(jiān)測(cè)執(zhí)行Ⅰ等水準(zhǔn)測(cè)量要求，根據(jù)規(guī)范要求，水準(zhǔn)線路閉合差需滿足如下公式要求：

式中：F為閉合線路長(zhǎng)度，km，當(dāng)小于1 km時(shí)按1 km計(jì)算。由于本次測(cè)量的閉合線路均小于1 km，所以本次沉降觀測(cè)選用的兩條水準(zhǔn)線路閉合差需≤2 mm。

水準(zhǔn)線路閉合差計(jì)算公式：

式中：H終測(cè)為水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)測(cè)高程，mm；H終理為水準(zhǔn)測(cè)量的高程理論值，mm。

3 沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

3.1沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果

本次沉降監(jiān)測(cè)進(jìn)行了4次復(fù)測(cè)，每次復(fù)測(cè)測(cè)量?jī)蓷l水準(zhǔn)線路，第一條水準(zhǔn)線路用于檢查基準(zhǔn)點(diǎn)，第二條水準(zhǔn)線路用于測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)高。根據(jù)觀測(cè)需要，觀測(cè)過程中采用獨(dú)立的平面坐標(biāo)系和獨(dú)立的高程系統(tǒng)，以LVL-21為高程起算點(diǎn)。每次觀測(cè)均計(jì)算線路閉合差并與限差進(jìn)行比較，超限則重新觀測(cè)以確保觀測(cè)質(zhì)量。

通過對(duì)兩條水準(zhǔn)線路分別測(cè)量，根據(jù)高差法分別求得各測(cè)站的高程，最后按2.3節(jié)計(jì)算出水準(zhǔn)線路閉合差。經(jīng)計(jì)算可知，本次測(cè)量水準(zhǔn)線路1閉合差為0.005 mm，水準(zhǔn)線路2閉合差為-0.150 mm，滿足Ⅰ等水準(zhǔn)測(cè)量要求。

同時(shí)，每次觀測(cè)后記錄觀測(cè)點(diǎn)高程、本次沉降量及累計(jì)沉降量，本文以等值線和變化趨勢(shì)曲線直觀表示壓縮機(jī)組基礎(chǔ)沉降的變化。

3.1.1總沉降量的數(shù)值和等值線圖

沉降觀測(cè)點(diǎn)的分布和沉降量可用等值線更直觀地表示，如圖5所示。

圖5　沉降觀測(cè)點(diǎn)的分布和總沉降量

3.1.2沉降量變化趨勢(shì)

由于3臺(tái)壓縮機(jī)組均采用換土墊層法進(jìn)行地基處理，因而3臺(tái)壓縮機(jī)基礎(chǔ)地基土質(zhì)情況相同，在此可以認(rèn)為3臺(tái)壓縮機(jī)連續(xù)沉降變化趨勢(shì)基本相同，僅選取1#壓縮機(jī)為例分析。時(shí)間與沉降量的變化關(guān)系如圖6所示。

圖61　#壓縮機(jī)各觀測(cè)點(diǎn)沉降變化趨勢(shì)

從圖6可以得出：

（1）6個(gè)觀測(cè)點(diǎn)從第一次觀測(cè)開始沉降量逐漸升高并在6～7月達(dá)到最大值，此后沉降量逐漸降低并趨于一致。結(jié)合陜北地區(qū)氣溫變化的規(guī)律，氣溫回暖導(dǎo)致凍土解凍是壓縮機(jī)沉降量上升的原因。

（2）第三次觀測(cè)中出現(xiàn)壓縮機(jī)基礎(chǔ)中部下沉，兩端升高的現(xiàn)象，壓縮機(jī)基礎(chǔ)中心（3、6號(hào)觀測(cè)點(diǎn)）呈現(xiàn)負(fù)值，四個(gè)角點(diǎn)（1、2、4、5號(hào)觀測(cè)點(diǎn)）呈現(xiàn)正值，考慮到壓縮機(jī)各部件的安裝位置，發(fā)現(xiàn)是由于基礎(chǔ)荷載分布不均勻，導(dǎo)致壓縮機(jī)基礎(chǔ)中部荷載大于其他區(qū)域。

3.2監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.2.1壓縮機(jī)組基礎(chǔ)穩(wěn)定性

將壓縮機(jī)6個(gè)觀測(cè)點(diǎn)沉降值的均值作為該壓縮機(jī)的基礎(chǔ)沉降值。根據(jù)《建筑變相測(cè)量規(guī)范》所給定的西安地區(qū)指標(biāo)：接近穩(wěn)定時(shí)的周期允許沉降值為1 mm/100 d，穩(wěn)定控制指標(biāo)定為0.01 mm/d。將1#壓縮機(jī)4次復(fù)測(cè)的基礎(chǔ)沉降值與規(guī)范允許沉降值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果見圖7，沉降速率的對(duì)比結(jié)果見圖8。由圖7和圖8可知，全年最大沉降值為0.58 mm，在規(guī)范允許范圍內(nèi)，最大沉降速率為0.007 mm/d，滿足穩(wěn)定指標(biāo)，因此1#壓縮機(jī)基礎(chǔ)穩(wěn)定。

圖71　#壓縮機(jī)基礎(chǔ)沉降量

圖81　#壓縮機(jī)基礎(chǔ)沉降速率

3.2.2壓縮機(jī)組不均勻沉降

根據(jù)GB50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》給出的地基變形允許值，選取坡比0.002為基礎(chǔ)不均勻沉降的允許值，觀測(cè)點(diǎn)之間距離均大于4.5 m，所以不均勻沉降允許值為4.5×1 000×0.002=9（mm）。通過對(duì)比1#壓縮機(jī)4次復(fù)測(cè)的基礎(chǔ)沉降值與規(guī)范給定的地基變形允許值，其對(duì)比結(jié)果見圖9。可知壓縮機(jī)整體沉降穩(wěn)定，沉降值在指標(biāo)范圍內(nèi)。

綜上所述，通過對(duì)長(zhǎng)慶儲(chǔ)氣庫某集注站壓縮機(jī)基礎(chǔ)沉降進(jìn)行的監(jiān)測(cè)與分析，該集注站壓縮機(jī)基礎(chǔ)沉降全年檢測(cè)中沉降量最大值為0.58 mm，沉降速率最大值為0.007 mm/d，均小于允許值。

圖9　1#壓縮機(jī)基礎(chǔ)不均勻沉降分析

4 結(jié)束語

通過對(duì)長(zhǎng)慶儲(chǔ)氣庫某集注站三臺(tái)電驅(qū)往復(fù)式壓縮機(jī)組沉降監(jiān)測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備荷載的不均勻分布以及溫度的影響都會(huì)造成設(shè)備的不均勻沉降。

經(jīng)過一年的運(yùn)行，各觀測(cè)點(diǎn)沉降量趨于相同，且沉降速率有放緩的趨勢(shì)，可認(rèn)為目前基礎(chǔ)沉降已趨于穩(wěn)定，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，同時(shí)表明針對(duì)該地區(qū)地質(zhì)條件，在地基處理時(shí)使用換土墊層法是有效的。

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Settlement Monitoring and Analysis Techniques for Electric-driven Reciprocating Compressor Set

ZHANG Hong，CHEN Hao，LU Hongwei，LIZhi
Gas Storage Management Office of PetroChina Changqing Oilfield Branch，Jingbian 718500，China

Complex geological conditions，construction quality and compressor self-weight may lead to vertical settlement or obvious uneven settlement of a compressor set after its installation and during its operation.This paper mainly focuses on the settlement observation and monitoring techniques of three electric-driven reciprocating compressor sets at a certain gas station in Changqing Oilfield，predicts the foundation deformation on the basis of measurement data.According to th e settlement monitoring，the annual maximum settlement value is 0.58 mm and the maximum settlement rate is 0.007 mm/d，which are both less than the allowable values.After one year of operation，the settlement rate has slowed down，indicating that the foundation settlement has stabilized without adversely effect to the production.

compressor set；settlement；monitoring method；result analysis

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.04.018

張宏（1973-），男，甘肅平?jīng)鋈?，工程師?005年畢業(yè)于西北政法大學(xué)法律專業(yè)，現(xiàn)從事質(zhì)量安全管理工作。

Email：zh01cq@petrochina.com.cn

2016-03-12