电驱动往复式压缩机组沉降监测与分析技术

张宏，陈浩，卢宏伟，李治中国石油长庆油田分公司储气库管理处，陕西靖边718500

电驱动往复式压缩机组沉降监测与分析技术

张宏，陈浩，卢宏伟，李治
中国石油长庆油田分公司储气库管理处，陕西靖边718500

受复杂的地质情况、工程施工质量及压缩机组自重的影响，压缩机组在安装完成后及运行过程中可能产生基础纵向沉降或明显的不均匀沉降。以长庆油田某集注站三台电驱往复式压缩机组沉降监测为例，介绍了沉降的监测方法，并通过对监测数据的分析来预测地基变形。经全年沉降观测，测得该集注站压缩机基础全年最大沉降值为0.58 mm，最大沉降速率为0.007 mm/d，均小于规范允许值。且经过一年的运行，沉降速率放缓，表明基础沉降已趋于稳定，不会对生产运行产生不利影响。

压缩机组；沉降；监测方法；结果分析

受复杂的地质情况、工程施工质量及压缩机组自重的影响，压缩机组在安装完成后及运行的过程中可能产生基础纵向沉降或明显的不均匀沉降。因此，设备安装后对设备基础进行沉降监测，通过监测数据的分析来判断及预测地基变形，确保地基变形可控已成为保障压缩机安全运行的重要工作。本文以长庆某集注站三台电驱往复式压缩机组沉降监测为例，讨论并分析了沉降监测技术的具体实施方法。

1 工程概况

长庆某储气库集注站位于陕西省靖边县，站内安装有3台4 500 kW电驱往复式压缩机，单台电驱压缩机质量为71.8 t，压缩机组采用钢筋混凝土基础。场地内地层为细砂，承载力低，无法作为建筑物的天然地基。地基采用垫层法处理，基础素混凝土垫层下采用1.0 m厚整片级配砾石垫层，压实系数不小于0.97，处理后地基承载力特征值不小于200 kPa。基础底面以上基坑部分为砾石分层回填，压实系数不小于0.95。根据岩土勘察报告，基础施工处水位埋深3.5～6.0 m之间，受季节变化降雨量影响，水位升降幅度可达约1.0 m左右，可能会影响到基础稳定性。

为判断压缩机组基础沉降的情况，对压缩机组进行沉降监测。本监测采用闭合水准线路测量，通过对测量的观测点高差进行分析计算，从而判断基础沉降情况。

2 沉降监测

集注站压缩机属于动设备，在运行过程中会产生振动，因而本次沉降监测主要观测压缩机在停机状态下的均匀沉降及正常运行中出现的不均匀沉降。

本次沉降监测于2014年底完成建网初测，而后每季度测量一次，2015年全年共复测4次。初始测量记录每台压缩机十组观测点的初始标高。观测成果的记录以mm为单位，均精确到0.01 mm。

2.1测量仪器

初测使用拓普康DL-501电子水准仪1台（该水准仪1 km往测与返测高差的平均值的误差不超过0.3 mm）、卫星定位仪2台、全站仪1台。

复测阶段，使用拓普康DL-501电子水准仪1台、全站仪1台。测量结果需符合JGJ/T 8-2007《建筑变形测量规范》及GB 50026-2007《工程测量规范》要求。根据仪器参数计算得到测站高差误差为0.135 mm，符合Ⅰ等水准测量要求。

2.2技术要求

本次测量按照一级变形测量的精度要求作业，其技术指标见表1。

表1　水准测量的主要技术指标

2.3基准点及观测点的布设

2.3.1基准点

为了监测压缩及基础的主体沉降，在其影响范围之外的稳定地区埋设了3个基准点（LVL-21～23），如图1所示。

基准点标志采用混凝土标石，作为观测的起算点。此点要在埋设好两个星期后才可启用。

图1　压缩机沉降观测基准点布置示意

2.3.2观测点

每台压缩机的基座设6个变形观测点，用冲击钻在观测点打孔，固定沉降观测标志。如图2所示。

图2　压缩机基座沉降观测点布置示意

每台压缩机的4个吊耳的最高点可以作为机身变形倾斜的观测点，用电钻在此打一个2 mm的小孔作为观测标记，并在吊耳一侧打孔做标记作为顶部标记的备用点，如图3所示。

图3　压缩机基座变形观测点

2.4水准线路的确定及闭合差计算

本次监测选取两条水准线路，第一条水准线路为3个基准点构成的基准网，定期进行联测，以检测基准点的稳定性；第二条水准线路用于测量观测点标高。每次观测都以固定的闭合观测线路测量观测点高程，以降低测量误差，提高观测精度。水准线路的选择如图4所示。

图4　水准线路1

本次沉降监测执行Ⅰ等水准测量要求，根据规范要求，水准线路闭合差需满足如下公式要求：

式中：F为闭合线路长度，km，当小于1 km时按1 km计算。由于本次测量的闭合线路均小于1 km，所以本次沉降观测选用的两条水准线路闭合差需≤2 mm。

水准线路闭合差计算公式：

式中：H终测为水准测量的实测高程，mm；H终理为水准测量的高程理论值，mm。

3 沉降监测结果及分析

3.1沉降监测结果

本次沉降监测进行了4次复测，每次复测测量两条水准线路，第一条水准线路用于检查基准点，第二条水准线路用于测量观测点标高。根据观测需要，观测过程中采用独立的平面坐标系和独立的高程系统，以LVL-21为高程起算点。每次观测均计算线路闭合差并与限差进行比较，超限则重新观测以确保观测质量。

通过对两条水准线路分别测量，根据高差法分别求得各测站的高程，最后按2.3节计算出水准线路闭合差。经计算可知，本次测量水准线路1闭合差为0.005 mm，水准线路2闭合差为-0.150 mm，满足Ⅰ等水准测量要求。

同时，每次观测后记录观测点高程、本次沉降量及累计沉降量，本文以等值线和变化趋势曲线直观表示压缩机组基础沉降的变化。

3.1.1总沉降量的数值和等值线图

沉降观测点的分布和沉降量可用等值线更直观地表示，如图5所示。

图5　沉降观测点的分布和总沉降量

3.1.2沉降量变化趋势

由于3台压缩机组均采用换土垫层法进行地基处理，因而3台压缩机基础地基土质情况相同，在此可以认为3台压缩机连续沉降变化趋势基本相同，仅选取1#压缩机为例分析。时间与沉降量的变化关系如图6所示。

图61　#压缩机各观测点沉降变化趋势

从图6可以得出：

（1）6个观测点从第一次观测开始沉降量逐渐升高并在6～7月达到最大值，此后沉降量逐渐降低并趋于一致。结合陕北地区气温变化的规律，气温回暖导致冻土解冻是压缩机沉降量上升的原因。

（2）第三次观测中出现压缩机基础中部下沉，两端升高的现象，压缩机基础中心（3、6号观测点）呈现负值，四个角点（1、2、4、5号观测点）呈现正值，考虑到压缩机各部件的安装位置，发现是由于基础荷载分布不均匀，导致压缩机基础中部荷载大于其他区域。

3.2监测结果分析

3.2.1压缩机组基础稳定性

将压缩机6个观测点沉降值的均值作为该压缩机的基础沉降值。根据《建筑变相测量规范》所给定的西安地区指标：接近稳定时的周期允许沉降值为1 mm/100 d，稳定控制指标定为0.01 mm/d。将1#压缩机4次复测的基础沉降值与规范允许沉降值进行对比，对比结果见图7，沉降速率的对比结果见图8。由图7和图8可知，全年最大沉降值为0.58 mm，在规范允许范围内，最大沉降速率为0.007 mm/d，满足稳定指标，因此1#压缩机基础稳定。

图71　#压缩机基础沉降量

图81　#压缩机基础沉降速率

3.2.2压缩机组不均匀沉降

根据GB50007-2011《建筑地基基础设计规范》给出的地基变形允许值，选取坡比0.002为基础不均匀沉降的允许值，观测点之间距离均大于4.5 m，所以不均匀沉降允许值为4.5×1 000×0.002=9（mm）。通过对比1#压缩机4次复测的基础沉降值与规范给定的地基变形允许值，其对比结果见图9。可知压缩机整体沉降稳定，沉降值在指标范围内。

综上所述，通过对长庆储气库某集注站压缩机基础沉降进行的监测与分析，该集注站压缩机基础沉降全年检测中沉降量最大值为0.58 mm，沉降速率最大值为0.007 mm/d，均小于允许值。

图9　1#压缩机基础不均匀沉降分析

4 结束语

通过对长庆储气库某集注站三台电驱往复式压缩机组沉降监测，可以发现设备荷载的不均匀分布以及温度的影响都会造成设备的不均匀沉降。

经过一年的运行，各观测点沉降量趋于相同，且沉降速率有放缓的趋势，可认为目前基础沉降已趋于稳定，不会对生产运行产生不利影响，同时表明针对该地区地质条件，在地基处理时使用换土垫层法是有效的。

［1］刘舜.高层建筑物沉降监测及结果分析［J］.四川建筑，2011，2 （30）：156-158.

［2］仇春平，邸庆生，周鸣，等.建筑沉降监测方法及实践［J］.矿山测量，2007，12（4）：32-34.

［3］程景龙.建筑工程沉降监测若干问题的探讨［J］.黑龙江交通科技，2007，11（29）：149-150.

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

张宏（1973-），男，甘肃平凉人，工程师，2005年毕业于西北政法大学法律专业，现从事质量安全管理工作。

Email：zh01cq@petrochina.com.cn

2016-03-12