海洋石油平臺天然氣壓縮機脈動消減技術分析

張寶

中海石油（中國）有限公司海南分公司 海南 ?？?570100

天然氣壓縮機保障海洋石油開發和天然氣有效壓縮，價值作用顯著，然而，在具體使用天然氣壓縮機期間，因內部壓力升高，會加劇爆炸風險，引發安全事故的發生，后果不堪設想。研究發現，天然氣壓縮機脈動是造成管道振動的關鍵因素，會增加管道損傷程度，影響天然氣壓縮安全性。因此，本文深入研究海洋石油平臺天然氣壓縮機脈動消減技術措施應用情況，旨在減少機械設備內部壓力，降低爆炸事故發生可能性。

1 天然氣壓縮機氣流脈動和管道振動分析

研究發現，天然氣壓縮機在實際應用過程中，涉及到反復吸氣和排氣過程，整個吸排動作持續進行會增加管道內部的壓力，在壓力作用下，氣體進入到管路中進而引發脈動現象。天然氣壓縮機在此種運行狀態下會降低工作效率，增加功率損耗。同時，影響天然氣壓縮機氣閥正常工作，最終引發管道振動現象，無法保證穩定的供氣狀態。因此，天然氣壓縮機管道振動與氣流脈動有直接的關聯性；進一步分析發現，氣流脈動力的產生主要源于閥門、彎管、控制閥等。研究發現，天然氣壓縮機管道、支架等設備組成了完整的系統結構，但內部結構相對復雜，增加了管道振動發生的可能性。本研究分析發現，設計、頻率、氣流脈動均與管道振動有相關性。在天然氣壓縮機系統結構設計上，存在設計不足之處，尤其在結構設計環節，未能結合實際情況深化設計，造成設計與系統總體結構偏差；設計人員忽視了動力平衡問題，造成機組與其相連接的管道發生振動現象。同時，管道內部頻率也是引起振動的關鍵因素之一［1］。通常情況下，天然氣壓縮機系統內部管道振動頻率是穩定和固定的，但當天然氣壓縮機的激發頻率近似于系統結構某一處頻率時，會增加頻率幅度，進而產生共振現象，加劇了管道的內部應力，在巨大應力作用下，引發管道振動。此外，脈動是引發管道振動的首要因素。天然氣壓縮機在壓縮天然氣過程中，會高頻率地使用壓縮機，最大程度上滿足供氣需求，提高天然氣管道供氣能力。頻繁加壓，會增加管道壓力，且加壓不規律，造成管道壓力上調或是下降，進而產生了壓力脈動，并在管道彎頭、異徑管等共同作用下，形成巨大激振力，增加了管道爆炸風險，安全隱患高，亟需采取科學有效的方法進行干預，進而減輕管道內部的壓力。

2 天然氣壓縮機機組系統分析

（1）系統循環水冷卻系統。天然氣壓縮機循環水冷卻系統通常使用的都是自來水，但在系統長期循環使用過程中，會產生不同程度的水垢現象，影響系統整體運行效率，尤其是影響到天然氣壓縮機傳熱效率，整個機組溫度有明顯升高的趨勢，增加了設備故障發生率，縮短了天然氣壓縮機使用周期。當前，主要采取機械清洗、化學清潔、電子除垢等方法進行水垢清潔和處理，不同的處理方法產生的效果也不相同。

（2）傳統機構潤滑系統。天然氣壓縮機傳動機構潤滑系統是系統重要組成部分，在實際運行中發現，傳動機構潤滑系統十字頭和滑道故障發生率較高，嚴重影響整體機組運行。分析原因發現，傳動機構潤滑系統十字頭潤滑程度不夠，且油壓較低，進而在機組運行磨損過程中，誘發系統故障。建議做好傳動機構潤滑系統保養和維護工作，制定周期性檢修計劃，定期檢查系統運行情況，及時發現故障問題，并做好維修記錄，為下次運維工作開展提供依據［2］。建議天然氣壓縮機生產廠商，采取合理的潤滑模式，確保提高十字頭的潤滑程度，降低故障發生率。

（3）氣缸潤滑。天然氣壓縮機氣缸潤滑操作，主要是借助注器將潤滑油注射到氣缸中的。觀察發現，在天然氣壓縮機運行過程中，注油器柱塞容易發生故障、有油路堵塞的情況，容易發生活塞拉傷問題。為解決上述問題，相關人員切實履職盡責，嚴格按照注油渣規定進行操作，科學把控注油量，避免油量過多或是過少對機組造成負面影響。

（4）高壓管道。計算發現，天然氣壓縮機高壓管道工作壓力達到了25MPa，受多種因素影響，管道內部壓力波動很頻繁，且波動幅度較大。研究發現，鋪設高壓管道時，一般采用的是卡套連接方式連接管道，其材料品質以不銹鋼居多。按照上述連接方式，方便技術人員操作和安全，拆卸便捷，可規避焊接接頭問題。進一步研究發現，卡套連接操作效果、卡套的材質、熱處理等方面與天然氣壓縮機整體裝配有一定的關聯性；卡套質量越高，裝配效果也越好，能夠提升密封程度，減少油氣泄漏問題的發生；可將安全隱患控制到最?。?］。但有研究指出，金屬密封墊焊接接管接頭工藝技術水平更高，且工藝制作更便捷，對管道尺寸或是精度無嚴格的標準要求。

3 海洋石油平臺天然氣壓縮機脈動消減技術實施對策

（1）優化配線設計。通過優化設計天然氣壓縮機機組系統，可削減氣流脈動，避免發生管道振動。設計中，重視管道配套管線設計，按照管線工藝標準開展設計工作。結合天然氣壓縮機運行需求，深化系統結構設計，充分考慮機組與管道之間的相互作用，確保動力平衡。設計人員做好充分的調研和考察工作，借助計算機軟件科學計算管道系統配置參數，避免產生偏差。測量和計算管道實際使用長度，測定管道的內徑大小，設定合理的管道容積，明確定位管道位置，提高管道系統配置。同時，優化氣流脈動響應計算，根據氣流不均勻度分布情況，控制氣流脈動響應速度，避免引發管道振動。

（2）優化管道設計。除了增加固定支撐外，提升管道的剛度，目的在于減少氣流的阻力，起到削減脈動的作用。在管道支撐結構設計下，最大程度上提高了管道穩定性。設計人員綜合考量，基于天然氣壓縮機管道機吸氣和排氣需求下，進一步優化工藝流程，合理布置管道，保證管道排列有序，確保管道支撐安裝作業順利開展，并在減少彎頭的情況，采取管道就地鋪設方法進行布設，提高便捷程度［4］。為充分吸收振動力，將支架妥善固定在管墩型鋼上，并預留一定的彈性度，確保振動力有效被吸收。為保證穩固效果，在管道支架選用上，排除吊架方式，應用固定支架。首選管道接觸面積大、管卡面積大的固定支架，并在實際搭設中，于支架和管道接觸位置鋪墊石棉橡膠；提高防振動效果。本研究中，還應用了具有獨立基礎的防振支架，并在使用前，進行支架材料剛度檢驗，確保滿足剛度標準，并實際計算管系固定頻率，精準定位支架固定位置，確保與管系之間保持合理的距離。此外，在支架跨距方面，遵循管系頻率進行設計，確保每個支架的跨距相同。研究發現，整個優化設計和投入使用過程中，成本費用較高，需要投入大量的人力資源、物力資源和財力資源。

（3）安裝節流孔板。多項研究證實，借助孔板，可提升減振效果。安裝孔板后，能夠將管道內部的氣流改變為行波狀態；盡可能促使管道內部氣體更加均勻，有利于改善和增強緩沖效果，減振效果更理想。研究發現，在緩沖器法蘭部位安裝孔板，能夠更換管道氣流方向，在削減管道內部壓力方面起到重要作用。由于多種因素的影響，管道內部壓力不均勻，通過安裝孔板，增強氣流的緩沖效果，進而削減天然氣壓縮機氣流脈動，減振效果更理想。增設孔板后，氣流通過后會立即改變方向和氣流的速度，能夠消耗管道系統整體能量，進而優化天然壓縮機在海洋石油采油、增壓、輸送各個環節；保證油氣供應效果。研究認為，基于削減氣流脈動同時，要綜合考量削減技術工藝實施需求。為此，嚴格計算氣流通過孔板時的壓力降。壓力降公式表示為：

進而推算出孔板安裝或的壓力降:

式中：Z1、Z2分別表示的是截面1和截面2到中心到基準水平垂直距離，用m表示。p1和p2則是表示氣流在截面1和2位置的壓強；v1和v2是氣流在截面1和2出口位置的流量，以m3/s的方式進行表示；Σhf代表氣流能量損失；We代表外功或是靜功。安裝孔板的原理主要是改變管道內不同方向的氣流，削減系統整體能量；進而在增加管道阻力同時，降低油氣輸送壓力；具體可根據減振情況增加孔板。在實際安裝孔板過程中，安裝人員嚴格按照安裝流程和實施要點開展安裝作業，深入解讀設計圖，精準定位孔板的安裝位置，避免出現偏差，準確將孔板安裝于管道出口處的法蘭位置，科學把控孔板的安裝距離，確保最大程度上提高孔板的反射能力，改變氣流方向同時，規避管道振動；保證天然氣壓縮機脈動削減效果，提高供氣能力。

（4）優化緩沖器設置。研究指出，緩沖器緩沖效果好，具有脈動削減作用，安裝在脈動源頭，減振效果最好。若是距離氣流脈動較遠，難以達到預期的減振效果。因此，在緩沖器安裝位置選擇上，要結合實際情況優選安裝位置，盡可能靠近氣缸，從而提升減振效果。另外，首選容積較大的緩沖器。有研究提示，可根據V＝（25～40）mFS公式計算緩沖器的容積；式中的V代表緩沖器的容積，用m3表示。式中的m代表同時做工的氣缸數量。F則是代表氣缸活塞面積（m3）。S則是代表氣缸活塞行程，用m表示。將進入緩沖器管道內部氣體脈動值設定為ΔW1；將管道緩沖器流出的氣體脈動值設定為ΔW2；那么推出削減系數式為：AF＝ΔW1／ΔW2。計算發現，當AF的值越大時，緩沖器減振效果也越好；反之，則越差。

4 結束語

綜上所述，海洋石油平臺天然氣壓縮機脈動消減技術實施，能夠提升減振效果，可降低管道內部壓力，有利于防范安全事故的發生。通過安裝緩沖器、優化管配線設計、增設孔板等方式，可有效削減氣流脈動，降低管道振動發生率，更好保障天然氣壓縮機安全穩定運行；同時，要做好天然氣壓縮機定期運維工作，及時發現風險隱患，并針對性進行處理和干預，最大程度上延長天然氣壓縮機的使用壽命。