整体齿轮式压缩机组安装干涉问题解析

周飞飞，李响

1.中石化上海工程有限公司（上海 200120）

2.上海市特种设备监督检验技术研究院（上海 200062）

整体齿轮式压缩机因其较高的工作效率近年来在炼化装置中被广泛采用[1-4]。但其由于结构复杂、空间狭小及各撬块间管线布置紧密的特点[5-7]，造成了多数操作平台的设计在现场安装时出现干涉问题[8-9]。以某整体齿轮式压缩机组安装项目为例，主要讨论机组安装过程中管线布置与操作平台干涉问题的分析与解决方法，从而为整体齿轮式压缩机组管线及操作平台设计提供参考。

1 整体齿轮式压缩机组概况

本项目压缩机组为氧化空气压缩机组（型号：GT050L3K1），由瑞典供应商阿特拉斯制造。根据装置工艺要求，该机组设计为电机驱动、三级离心式压缩机组。主要由压缩机主机撬块、末级冷却器撬块、驱动电机撬块、润滑油站撬块、工艺管线与润滑油管线构成。其外形布置如图1所示。

图1 GT系列压缩机机组外形布置图

该机组主要通过IGV（入口导叶）调节负荷，采用出口流量控制并保持出口压力恒定的模式来满足工艺各工况要求。压缩机主机和一级、二级冷却器共用一个钢制底座，末级冷却器、润滑油站、电机均单独成撬。主机由增速齿轮组驱动，齿轮组采用低噪声的单螺旋正齿轮。电机通过大齿轮来驱动各级齿轮运转，一二级齿轮转速为15 604 r/min，三级齿轮转速为20 062 r/min。轴端密封采用碳环密封，防止工艺气体泄漏。主电机为三相异步鼠笼式高压电机，额定功率为3 750 kW，额定电压为10 kV，额定转速1 480 r/min。

润滑油系统为独立式，位于电机旁，为电机和压缩机提供润滑油[10-11]。其主要由油箱、辅助油泵、油冷却器、油过滤器、电加热器、油雾风机、进回油管及单向阀等构成。压缩机共有6 个进出口气管。一级进口设有膨胀节和IGV，一级出口气管、二级进出口气管、三级进口气管已和压缩机主机及一、二级冷却器通过管卡及管支撑固定在撬块上。三级出口气管分开单独供货。整个机组冷却水系统采用装置循环水来冷却。循环水分5路支管分别通入一、二、三级冷却器、油冷却器及电机冷却器冷却。

2 机组及操作平台安装工序与干涉情况

2.1 安装工序

整个压缩机组及操作平台安装工序如下。

工序1：机组基础复测，包括主机、电机及润滑油站基础复测。根据复测结果对基础进行修改，确保基础满足机组安装要求。工序2：将压缩机主机及冷却器撬块就位，然后依次将主电机润滑油站及三级冷却器各撬块吊装就位。工序3：为防止现场下雨影响机组后续安装找正，先安装机棚顶部钢结构并铺设瓦楞板。工序4：安装机棚顶部行车（便于后续吊装工艺管道及联轴器）。工序5：安装机组操作平台，按照平台二维图纸先对立柱进行吊装就位，并调整柱脚垫铁使立柱垂直度合格。然后吊装主横梁以及辅助横梁，待主辅横梁调平后拧紧连接螺栓。工序6：以压缩机主机为基准，调整主机撬块底座顶丝对主机进行找平找正（水平度达到：轴向0.05 mm/m,横向0.10 mm/m）。找正合格后采用环氧树脂对地脚螺栓孔进行灌浆。工序7：安装三级出口气管，并调整三级冷却器底座垫铁，确保三级出口气管与压缩机主机和三级冷却器管口对中，确保管口无应力后用卡子将管口连接处固定，然后对三级冷却器底座地脚螺栓孔进行灌浆。工序8：调整主电机底座垫铁，进行主电机与压缩机主机初对中（对中度达到轴向0.05 mm/m，径向上下0.10 mm/m）。对中合格后对电机地脚螺栓进行灌浆。工序9：根据油管线布置图纸，安装润滑油站与压缩机主机、主电机之间的油管线。从润滑油站油箱开始配管，先安装主油泵进出口管线，再安装辅助油泵进出口管线。工序10：进行润滑油站底座灌浆。整个安装流程如图2所示。

图2 机组及操作平台安装工序

2.2 干涉情况

基于上述安装工序，现场安装人员安装至工序5 时，发现压缩机二级出口气管支撑与操作平台主横梁干涉，导致主横梁无法安装，如图3（a）所示。当安装至工序9 时，安装人员发现齿轮箱进油管线与操作平台辅助横梁干涉，进油管线上方3 个温度变送器法兰与3根支管法兰无法连接。同时还发现齿轮箱侧面仪表接线箱箱门被操作平台辅助横梁遮挡，辅助横梁安装完后会导致后续仪表接线不便。安装人员尝试移动润滑油管线来重新调整，但因其间距太狭小而无法移动,如图3（b）所示。为了推动机组安装进度，需要技术人员通过三维模型软件对干涉进行分析，并给出解决方案。

图3 二级气管支撑干涉及机组进回油管线布置图

3 干涉分析与解决

笔者首先对机组三维模型与操作平台钢结构模型进行干涉检查分析，结果显示平台主辅助梁与上述3处干涉较大，操作平台钢结构与支撑、润滑油管线干涉点如图4所示。这说明钢结构的二维设计图未与机组三维模型进行检验审核，从而导致了现场根据二维图安装时出现上述二级气管支撑、进油管线与操作平台主/辅助横梁干涉、以及仪表接线箱箱门被挡问题。为了不影响机组安装进度，保证机组后续正常试车，需要尽快分析并确定修改方案。

图4 模型分析图中操作平台钢结构与支撑、润滑油管线干涉点

3.1 问题分析

对于操作平台主横梁与二级气管支撑、进油管线干涉问题，现场可以割除气管支撑修改油管线，或者是切割操作平台主横梁。操作平台主横梁承载着整个平台上钢格栅与操作人员载荷及压缩机运行过程中的振动，若切割将对主横梁的结构强度造成一定的影响。当压缩机转速升高时，机组及气管振动会传递到操作平台上，故切割存在一定的风险。如需切割需要重新计算强度。由于二级气管与压缩机出口及冷却器接口连接设计是采用卡箍链接，可以吸收一部分应力，因此修改二级气管支撑不会产生后续气管法兰间应力，二级气管支撑可以割除取消。而油管线与主横梁干涉量不大，通过降低油站安装高度来降低油管线高度，避免油管线与主横梁的干涉。

而对于油管线与辅助横梁干涉影响上方仪表法兰连接，由于辅助横梁对整体结构强度影响不大，可以选择修改油管线布局，也可以切割一部分辅助横梁。而要修改哪一方，需要进一步分析修改可行性、修改时间等。

修改油管线布局，重新焊接油管绕过横梁会存在以下问题：①润滑油管材质为SS304，口径为NPT2"（50.8 mm），割除原管段后现场寻找同口径的不锈钢管段较为困难，影响安装进度。②油管内部要求脱硫脱脂酸洗合格，而现场不具备酸洗条件，无法保证切割的管段内部合格，而送酸洗厂酸洗回装将影响安装进度。为了尽快解决油管线干涉同时保证后续机组调试节点，现场尝试割除辅助横梁一部分腹板和翼板，同时将进油管改短并在取温支管前方增加2 个90°弯头（弯头由供应商工厂酸洗合格发货）。进油管线也需要适量抬高，保证进油管线上方取温支管法兰与温度仪表法兰能够连接。齿轮箱进油管修改并增加90°弯头及辅助横梁切割如图5 所示。

图5 齿轮箱进油管修改及辅助横梁切割图

然而辅助横梁割除后，安装人员发现油管线抬高导致后面进油管线2 与进油管线3 间连接法兰倾斜过大，螺栓无法连接，如图6所示。因油管线设计要求存在一定的倾斜度，若再抬高进油管线则还需要割除主横梁一部分腹板，这对主梁结构强度影响较大。因此此方案也行不通。

图6 进油管2、进油管3间法兰倾斜情况

3.2 解决方案

根据上述干涉问题分析，并与结构设计及供应商人员讨论。考虑到切割主横梁对后续平台的稳定性会有影响，现场决定不切割主横梁，割除气管支撑。进油管线取温支管前增加弯头不变，修改辅助梁的布局。如图7（a）所示，取消这根辅助横梁，采取规格与辅梁C 相同的H 型钢按照图纸尺寸在图示位置增加2 根辅梁A 和B，辅梁A 与辅梁C、边梁间焊接在一起。辅梁B 与主横梁、辅梁D 间焊接在一起，焊后将焊缝打磨刷漆做好防腐。方案示意图如图7（b）所示。因主机中间空隙狭小，为方便操作焊接前注意将油管线拆开，并用三防布盖好保护。辅助横梁拆除后，主机中间的空间相对较大，使得进油管线也可继续抬高，保证下段进油管线与主油泵配管法兰间连接无应力。同时使得主机齿轮箱侧壁上的仪表接线箱门板可以正常打开。辅助梁边缘焊接踢脚板，以防止操作人员踩空。

图7 操作平台辅助横梁修改前后对比图

横梁现场修改焊接后及主机齿轮箱周边情况如图8 所示。目前油管线法兰连接正常，齿轮箱上仪表接线箱箱门可以正常打开。辅助梁A/B/C 上方钢格栅点焊固定。压缩机组试车运行中，当二级齿轮轴转速达到额定转速时，压缩机的齿轮箱和二级气管口DCS 振动监测系统显示振动及温度均正常。这表明气管法兰间无应力。因此割除气管支撑对机组无影响，同时也说明这根气管支撑设置多余。此外，操作平台在运行全程中非常稳定，上方钢格栅无任何抖动，承载能力足够，操作人员行走安全。这说明上述修改方案合理有效，能够满足机组长周期运行的要求。

图8 辅梁A和B焊接后主机齿轮箱周边情况

4 结束语

通过本项目中整体齿轮式压缩机组安装干涉问题分析与解决，为避免后续同类齿轮式压缩机组安装出现干涉，对设计提出以下建议：

1）操作平台的钢结构设计需要优化。因整体齿轮式压缩机主机与冷却器布置紧凑，在设计操作平台时需要在保证满足强度的同时，尽量减少辅助横梁的数量和密度。为后续机组检维修时留有足够的空间，也为后续图纸变更（如增加一些分析设备等）留有足够余地。

2）二维与三维图纸协同审查。在操作平台二维图最终发布前，需将其三维模型导入机组模型中进行全面干涉检查。如有干涉及时调整，确保终版操作平台二维图纸与机组三维模型适配。

3）油站的位置和润滑油管线的布置要留出足够的安装及检修空间。油管线设计时，既要考虑安装，也要考虑后续润滑油外循环。同时不能过于密集，进油管和回油管之间需有足够的间隙，避免后续外循环冲洗时拆装不便。