海洋石油平台天然气压缩机脉动消减技术分析

张宝

中海石油（中国）有限公司海南分公司 海南 海口 570100

天然气压缩机保障海洋石油开发和天然气有效压缩，价值作用显著，然而，在具体使用天然气压缩机期间，因内部压力升高，会加剧爆炸风险，引发安全事故的发生，后果不堪设想。研究发现，天然气压缩机脉动是造成管道振动的关键因素，会增加管道损伤程度，影响天然气压缩安全性。因此，本文深入研究海洋石油平台天然气压缩机脉动消减技术措施应用情况，旨在减少机械设备内部压力，降低爆炸事故发生可能性。

1 天然气压缩机气流脉动和管道振动分析

研究发现，天然气压缩机在实际应用过程中，涉及到反复吸气和排气过程，整个吸排动作持续进行会增加管道内部的压力，在压力作用下，气体进入到管路中进而引发脉动现象。天然气压缩机在此种运行状态下会降低工作效率，增加功率损耗。同时，影响天然气压缩机气阀正常工作，最终引发管道振动现象，无法保证稳定的供气状态。因此，天然气压缩机管道振动与气流脉动有直接的关联性；进一步分析发现，气流脉动力的产生主要源于阀门、弯管、控制阀等。研究发现，天然气压缩机管道、支架等设备组成了完整的系统结构，但内部结构相对复杂，增加了管道振动发生的可能性。本研究分析发现，设计、频率、气流脉动均与管道振动有相关性。在天然气压缩机系统结构设计上，存在设计不足之处，尤其在结构设计环节，未能结合实际情况深化设计，造成设计与系统总体结构偏差；设计人员忽视了动力平衡问题，造成机组与其相连接的管道发生振动现象。同时，管道内部频率也是引起振动的关键因素之一［1］。通常情况下，天然气压缩机系统内部管道振动频率是稳定和固定的，但当天然气压缩机的激发频率近似于系统结构某一处频率时，会增加频率幅度，进而产生共振现象，加剧了管道的内部应力，在巨大应力作用下，引发管道振动。此外，脉动是引发管道振动的首要因素。天然气压缩机在压缩天然气过程中，会高频率地使用压缩机，最大程度上满足供气需求，提高天然气管道供气能力。频繁加压，会增加管道压力，且加压不规律，造成管道压力上调或是下降，进而产生了压力脉动，并在管道弯头、异径管等共同作用下，形成巨大激振力，增加了管道爆炸风险，安全隐患高，亟需采取科学有效的方法进行干预，进而减轻管道内部的压力。

2 天然气压缩机机组系统分析

（1）系统循环水冷却系统。天然气压缩机循环水冷却系统通常使用的都是自来水，但在系统长期循环使用过程中，会产生不同程度的水垢现象，影响系统整体运行效率，尤其是影响到天然气压缩机传热效率，整个机组温度有明显升高的趋势，增加了设备故障发生率，缩短了天然气压缩机使用周期。当前，主要采取机械清洗、化学清洁、电子除垢等方法进行水垢清洁和处理，不同的处理方法产生的效果也不相同。

（2）传统机构润滑系统。天然气压缩机传动机构润滑系统是系统重要组成部分，在实际运行中发现，传动机构润滑系统十字头和滑道故障发生率较高，严重影响整体机组运行。分析原因发现，传动机构润滑系统十字头润滑程度不够，且油压较低，进而在机组运行磨损过程中，诱发系统故障。建议做好传动机构润滑系统保养和维护工作，制定周期性检修计划，定期检查系统运行情况，及时发现故障问题，并做好维修记录，为下次运维工作开展提供依据［2］。建议天然气压缩机生产厂商，采取合理的润滑模式，确保提高十字头的润滑程度，降低故障发生率。

（3）气缸润滑。天然气压缩机气缸润滑操作，主要是借助注器将润滑油注射到气缸中的。观察发现，在天然气压缩机运行过程中，注油器柱塞容易发生故障、有油路堵塞的情况，容易发生活塞拉伤问题。为解决上述问题，相关人员切实履职尽责，严格按照注油渣规定进行操作，科学把控注油量，避免油量过多或是过少对机组造成负面影响。

（4）高压管道。计算发现，天然气压缩机高压管道工作压力达到了25MPa，受多种因素影响，管道内部压力波动很频繁，且波动幅度较大。研究发现，铺设高压管道时，一般采用的是卡套连接方式连接管道，其材料品质以不锈钢居多。按照上述连接方式，方便技术人员操作和安全，拆卸便捷，可规避焊接接头问题。进一步研究发现，卡套连接操作效果、卡套的材质、热处理等方面与天然气压缩机整体装配有一定的关联性；卡套质量越高，装配效果也越好，能够提升密封程度，减少油气泄漏问题的发生；可将安全隐患控制到最小［3］。但有研究指出，金属密封垫焊接接管接头工艺技术水平更高，且工艺制作更便捷，对管道尺寸或是精度无严格的标准要求。

3 海洋石油平台天然气压缩机脉动消减技术实施对策

（1）优化配线设计。通过优化设计天然气压缩机机组系统，可削减气流脉动，避免发生管道振动。设计中，重视管道配套管线设计，按照管线工艺标准开展设计工作。结合天然气压缩机运行需求，深化系统结构设计，充分考虑机组与管道之间的相互作用，确保动力平衡。设计人员做好充分的调研和考察工作，借助计算机软件科学计算管道系统配置参数，避免产生偏差。测量和计算管道实际使用长度，测定管道的内径大小，设定合理的管道容积，明确定位管道位置，提高管道系统配置。同时，优化气流脉动响应计算，根据气流不均匀度分布情况，控制气流脉动响应速度，避免引发管道振动。

（2）优化管道设计。除了增加固定支撑外，提升管道的刚度，目的在于减少气流的阻力，起到削减脉动的作用。在管道支撑结构设计下，最大程度上提高了管道稳定性。设计人员综合考量，基于天然气压缩机管道机吸气和排气需求下，进一步优化工艺流程，合理布置管道，保证管道排列有序，确保管道支撑安装作业顺利开展，并在减少弯头的情况，采取管道就地铺设方法进行布设，提高便捷程度［4］。为充分吸收振动力，将支架妥善固定在管墩型钢上，并预留一定的弹性度，确保振动力有效被吸收。为保证稳固效果，在管道支架选用上，排除吊架方式，应用固定支架。首选管道接触面积大、管卡面积大的固定支架，并在实际搭设中，于支架和管道接触位置铺垫石棉橡胶；提高防振动效果。本研究中，还应用了具有独立基础的防振支架，并在使用前，进行支架材料刚度检验，确保满足刚度标准，并实际计算管系固定频率，精准定位支架固定位置，确保与管系之间保持合理的距离。此外，在支架跨距方面，遵循管系频率进行设计，确保每个支架的跨距相同。研究发现，整个优化设计和投入使用过程中，成本费用较高，需要投入大量的人力资源、物力资源和财力资源。

（3）安装节流孔板。多项研究证实，借助孔板，可提升减振效果。安装孔板后，能够将管道内部的气流改变为行波状态；尽可能促使管道内部气体更加均匀，有利于改善和增强缓冲效果，减振效果更理想。研究发现，在缓冲器法兰部位安装孔板，能够更换管道气流方向，在削减管道内部压力方面起到重要作用。由于多种因素的影响，管道内部压力不均匀，通过安装孔板，增强气流的缓冲效果，进而削减天然气压缩机气流脉动，减振效果更理想。增设孔板后，气流通过后会立即改变方向和气流的速度，能够消耗管道系统整体能量，进而优化天然压缩机在海洋石油采油、增压、输送各个环节；保证油气供应效果。研究认为，基于削减气流脉动同时，要综合考量削减技术工艺实施需求。为此，严格计算气流通过孔板时的压力降。压力降公式表示为：

进而推算出孔板安装或的压力降:

式中：Z1、Z2分别表示的是截面1和截面2到中心到基准水平垂直距离，用m表示。p1和p2则是表示气流在截面1和2位置的压强；v1和v2是气流在截面1和2出口位置的流量，以m3/s的方式进行表示；Σhf代表气流能量损失；We代表外功或是静功。安装孔板的原理主要是改变管道内不同方向的气流，削减系统整体能量；进而在增加管道阻力同时，降低油气输送压力；具体可根据减振情况增加孔板。在实际安装孔板过程中，安装人员严格按照安装流程和实施要点开展安装作业，深入解读设计图，精准定位孔板的安装位置，避免出现偏差，准确将孔板安装于管道出口处的法兰位置，科学把控孔板的安装距离，确保最大程度上提高孔板的反射能力，改变气流方向同时，规避管道振动；保证天然气压缩机脉动削减效果，提高供气能力。

（4）优化缓冲器设置。研究指出，缓冲器缓冲效果好，具有脉动削减作用，安装在脉动源头，减振效果最好。若是距离气流脉动较远，难以达到预期的减振效果。因此，在缓冲器安装位置选择上，要结合实际情况优选安装位置，尽可能靠近气缸，从而提升减振效果。另外，首选容积较大的缓冲器。有研究提示，可根据V＝（25～40）mFS公式计算缓冲器的容积；式中的V代表缓冲器的容积，用m3表示。式中的m代表同时做工的气缸数量。F则是代表气缸活塞面积（m3）。S则是代表气缸活塞行程，用m表示。将进入缓冲器管道内部气体脉动值设定为ΔW1；将管道缓冲器流出的气体脉动值设定为ΔW2；那么推出削减系数式为：AF＝ΔW1／ΔW2。计算发现，当AF的值越大时，缓冲器减振效果也越好；反之，则越差。

4 结束语

综上所述，海洋石油平台天然气压缩机脉动消减技术实施，能够提升减振效果，可降低管道内部压力，有利于防范安全事故的发生。通过安装缓冲器、优化管配线设计、增设孔板等方式，可有效削减气流脉动，降低管道振动发生率，更好保障天然气压缩机安全稳定运行；同时，要做好天然气压缩机定期运维工作，及时发现风险隐患，并针对性进行处理和干预，最大程度上延长天然气压缩机的使用寿命。