PDF《往复压缩机故障诊断与控制》

第17卷增刊 振动工程学报V01.

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7 No.s 2004年8月Journal of Vibration Engineering Aug.2004 往复压缩机故障诊断与控制 王银亮1 祖丙诃1 周英1 薛长泉2 吴风霞1 (1大庆油田天然气分公司规划设计研究所 大庆,168459) (2大庆油田天然气分公司油气加工四大队大庆,1 63256) 摘 要往复压缩机是轻烃回收装置中的关键设备,往复压缩机出口管网剧烈振动是往复压缩机故障之一,针对 大庆油田天然气分公司北压站、南压站和中七站的16台2D12往复压缩机存在的出口管网剧烈振动问题,对该型压 缩机进行了故障诊断,通过进行现场数据采集和计算分析,找出了其振动故障的原因和机理,采取了有效的防振方 案,解决了该型机出口管网剧烈振动的问题,保障了各装置的安全平稳运行,使企业效益最大化. 关键词:轻烃回收;

压缩机组;

管网振动;

故障诊断;

振动控制 中图分类号:TP45 大庆油田天然气分公司轻烃回收装置中共有北 一通生产的2D12往复压缩机26台,其中北压浅冷 站四台、南压浅冷站七台、中七浅冷站五台、萨南浅 冷站五台、萨中浅冷站五台.这些压缩机大部分都存 在出口管网剧烈振动问题,而往复式压缩机出口管 网处于长时间剧烈振动情况下,会使管线出现裂纹, 造成介质泄漏,因为管内输送的是天然气,必然引起 燃烧爆炸,造成重大设备损坏和人身伤亡事故.因此 往复压缩机出口管网剧烈振动,是存在于生产运行 中的重大事故隐患.北压站曾发生3次出口管线与 汇管连接处振裂问题,中七站曾发生2次压缩机出 口管线的放空接管焊口振裂问题,南压、中七和萨南 站还因出口管线共振,导致压缩机振动严重,发生了 7次压缩机基础振裂问题,严重影响装置的安全生 产.为确保生产装置的安全平稳运行,消除重大事故 隐患,研究往复压缩机出口管网的振动原因、机理, 应用防振理论和技术,采取有效解决问题的技术和 方法,对振动进行控制. 本项目有关技术方法应用后,可成功地控制中

七、南压及北压等16台2D12往复压缩机出口管网 的剧烈振动,从而避免压缩机管线及基础因剧烈振 动产生的疲劳断裂和损坏,消除事故隐患,确保轻烃 回收装置的安全运行,避免因压缩机组管系严重振 动频繁出现故障而引起的装置停运、修复等重大经 济损失,同时本项目实施后,可降低由于强烈振动产 生的噪声,从而改善工人的操作环境.因此,该项目 的研究和实施具有明显的经济效益、环境效益和社 会效益. 收稿日期:2004―04―20 1振动机理分析 1.1项目实施执行的振动标准 通过应用减振技术和减振工程现场实施,消除 原往复压缩机出口管网的剧烈振动,根据美国、俄国 和英国的管道振动许用幅值标准(因国内无可用标 准),将管网的实际振动幅值降到300 gm许用幅值 以下. 1.2振动数据实测和分析 通过对天然气分公司中七站、南压站及北压站 的16台2D12往复压缩机出口管网(包括出口总汇 管及水泥支架部分)的123个测点进行现场运行状 态下的振动数据采集和频谱分析,经实测分析得到 了该型往复压缩机出口管网各部位的最大振幅值和 振动信号中的主要成分.实测情况显示,多数压缩机 的气缸本体处的振幅位移值基本不超标,振幅超标 的测点大多分布在压缩机一级缓冲罐出口至一级级 间冷却器的管段,二级缓冲罐出口至汇管管段和二 级放空管段. 1.3管网力学建模和数值分析 根据天然气分公司中

七、南压、北箧三个站的16 台往复压缩机现场出口管网的实际走向、支撑条件、 结构几何尺寸、管径、管内介质压力、材料特性等物 万方数据

370 振动工程学报第17卷 理条件,分别建立适用于各个站的往复压缩机出口 管网进行模态分析的力学模型.然后,在计算机上用 振动动力有限元法,采用宽频带大范围扫描多点激 振响应谱模态分析技术,模拟计算出往复压缩机管 网的固有频率,管网内气柱的固有频率,分析管网的 固有频率与气柱的固有频率及机组压力脉动频率的 重合程度是否在危险范围内. 1.4根据声学及力学理论对2D12压缩机机组及管 系计算 1.4.1 2D12往复压缩机工艺技术数据 压缩机型号:2D12―70/0.1-13;

处理量:24

572 kg/h;

介质:天然气;

分子量M一22.137(15.C);

气体密度:1.02

117 kg/m3;

吸入压力:0.1 MPa;

排出压力:1.3 MPa;

一级缸径:700 mm;

二级 缸径:380 mm;

活塞行程:240 mm;

压缩机转速:496 r/min;

出 口管径:219 mm. 1.4.2计算压缩机脉动频率 ,^一攀一16.5Hz o 1―

60 一'

6一段出口的危险管段长度: z1一(o.8~1.x(了1*掣)一6.05~912)

6 05 9.08 m zl一(o・8~1・x'

百*等)一・~・ 实测谱分析管系的主振频率:16.5 Hz

5 实际一段出口管长约8 m,正处于危险管段之 内,必须采取措施. 1.4.3弹性管段的动力方程 [M]{艿(f)}+[c]{d(f)}+[K]{d(f))={F(f)} r0 式中 EM]一∑[M]'

…是由元素质量阵组成的 fO 总质量阵,[C]一∑[c]‰・是由元素阻尼阵组成的 r0 总阻尼阵,[K]一∑I-K].…是由元素刚度阵组成 的总刚度阵,{艿(￡)}是节点位移列向量 再由此求解特征值和特征向量,便可以分析管 网系统的固有频率和求解管网系统的振型,进一步 进行多点激励宽频扫描的模态分析.模态分析计算 得到管系的前几阶固有频率为:6.5 Hz,13 Hz,19 Hz. 1.4.4机组与振动相关的技术参数 由计算分析可知该型机组与振动相关的技术参 数: ①2D12压缩机的脉动频率为16.5 Hz;

②机组的一段出口的危险管段长度为6.05~ 9.08 m;

③一级出口缓冲罐在防振理论上要求最小容 积应大于0.923 m 3. ④往复压缩机的出口汇管管径在防振理论上要 求应大于出口管径万219的1.5倍(万325). 1.4.5机组与振动相关的实际技术参数 ①经模态分析和气体力学理论计算得到该型 机组管系的前几阶固有频率危险段为13~14 Hz及19~21 Hz;

②测量出该型机组的一级出口缓冲罐容积为 0.712 m3;

③测量出该型机组的一段出口管段长度为8 m;

④压缩机的出口汇管管径为影273 mm. 1.4.6 该型机组及管系存在的问题 ①压缩机的脉动频率16.5 Hz接近其机组管系 的固有频率危险段13~19.2 Hz范围内,因此系统 处于共振状态;

②该型机组的一级出口缓冲罐容积小于要求 最小容积0.712 m3;

⑧一级出口管段长度处于6.05~9.08 m的共 振危险管段之内;

④出口汇管管径为够273 mm,小于最小出口汇 管管径∥325 mm. 1.4.7技术难点 经计算分析可知,如果仅从改变管系的固有频 率,单纯采用加固的方法,只能降低宏观的振幅值, 而不能解决机组及管系的配置存在问题,消除管系 所承受的应力,所以在考虑管系的固有频率的同时, 还要在不改变机组出口缓冲罐的容积及管网几何尺 寸和走向的条件下改变气柱的固有频率,这是难度 大的问题.通过计算分析,采用气流脉动衰减器的技 术可以在不改变管网系统结构的几何尺寸及一级出 口缓冲罐容积的情况下解决上述难题. 2方案论证及实施 2.1方案分析论证 通过对天然气分公司中

七、南压、北压三个站16 台2D12往复压缩机进行的振动测试数据采集和计 算分析,清楚了造成压缩机管网系统剧烈振动的主 要原因和机理如下: (1)该型机组及管系在配置方面存在一级出口 万方数据 增刊 王银亮等:往复压缩机故障诊断与控制 缓冲罐容积偏低及一级出口管段长度处于共振危险 管段之内. (2)部分管段的低阶固有频率与压缩机排气管 道中气流的气柱脉动频率接近,造成部分管段和部 位发生共振. (3)根据所测的数据分析可以判断出管系的部 分垂直管段缺少固定支撑,而且原来的部分支撑固 定效果差. (4)部分装置的压缩机出口汇管管径设计得偏 小,达不到出口气体释放缓冲的效果,且汇管均元固 定管卡,导致汇管共振. 2.2方案实施内容 (1)在振动大的一级出口管段接近一级缓冲罐 和一级级间分离器前,二级出口缓冲罐出口等三个 位置加装了气流脉动消减器,16台机组共安装了48 个. (2)在一级出口管线及二级出口管线的垂直管 段设计制作并安装了有效的立式固定支撑部件,16 台机组共安装了65个. (3)处理了原来支撑效果不好的紧固支座,并在 各个支座的管卡内安装了弹性缓振垫,16台机组共 处理了143个紧固支座. (4)将中七浅冷站压缩机出口汇管管径小的管 段由够273增大为黟325,并对三个站的压缩机出口 汇管在各机组的连接处增设了固定管卡,共增设了 固定管卡16个. 2.3实施后的实际效果 本项目实施完成后,通过现场采集压缩机组实 际运行时管网系统的振动数据,各点振动幅值全部 降到了300弘m以下,并将振动幅值最大点降低了数 倍,完全符合计划验收标准(300 gm以下).所测数 据表明,三个站压缩机管网系统的剧烈振动问题得 到了非常令人满意的解决.本项目实施前后,各对应 测点振动幅值的对比情况见下面的各装置对比图. 2.3.1 北压改造前后振幅对比图 由图1可见,对北压的四台机组共测点数32点, 改造前x前、y前、z前三个方向超标点数21点;

改 造后X后、y后、z后全未超标. 2.3.2 南压改造前后振幅对比图 由图2可见,对南压的四台机组共测点数56点, 改造前x前、y前、z前三个方向超标点数36点;

改 造后X后、y后、z后全未超标. 2.3.3 中七改造前后振幅对比图

800 g

700 纛0 Q ~k b%审巾市侈母9 测点 图1 北压四台2D12压缩机出口管线改造前后振动幅值 对比图 由图3可见,对中七的四台机组共测点数35点, 改造前X前、y前、z前三个方向超标点数21点;

改 造后X后、y后、z后全未超标.

700 宝600 鞭0 Q n)b cI令帝晗p 9巾9白p令 测点 图2南压七台2D12压缩机出口管线改造前后振动幅值 对比图 呈1::: 捌600 馨400 蓬20.0 Q~h b≈审爷9咿移母p 9审 测点 图3中七5台2D12压缩机出口管玫改造前后振动幅值 X寸比图 3结束语 该项目实施完成后,天然气分公司的中七浅冷 站、南压浅冷站和北压浅冷站的16台2D12往复压 缩机的管网系统的剧烈振动得以消除,为这三个站 的生产装置能够安全、平稳、长周期、满负荷、优质高 效运行提供了科学保证,每年可获经济效益180多 万元.该项目的技术方法可以推广到天然气分公........