遼河油田S6儲氣庫注氣工藝系統(tǒng)振動治理研究與應(yīng)用

1.目的

中國石油遼河油田S6儲氣庫通過提高壓縮機入口壓力，避免了先降壓進入壓縮機，再升壓進入注氣管網(wǎng)的流程，充分利用管網(wǎng)壓力達到降本增效的目的。但是在生產(chǎn)運行中，壓縮機撬內(nèi)三級出口管線、壓縮機撬外過濾分離器出口匯管及閥門振動程度嚴重超標，最大振動值達到了49.5 mm/s，造成較大安全生產(chǎn)隱患，可能導(dǎo)致注氣系統(tǒng)停產(chǎn)、天然氣泄漏、工藝線路斷裂等事故。通過對S6 儲氣庫注氣工藝系統(tǒng)振動檢測與數(shù)據(jù)分析，利用氣流脈動與機械振動分析軟件、建立壓縮機組及注氣工藝管網(wǎng)力學(xué)模型、使用有限元數(shù)值模擬系統(tǒng)受力等技術(shù)，解決了S6 儲氣庫注氣工藝系統(tǒng)振動嚴重超標的問題，避免生產(chǎn)運行中出現(xiàn)安全事故，同時為其他儲氣庫注、采系統(tǒng)振動問題治理提供了技術(shù)支撐。

2.方法

1）確定振動原因。利用氣流脈動與機械振動分析軟件，建立壓縮機組及注氣工藝管網(wǎng)力學(xué)模型（圖1）。根據(jù)API 618《石油化工和天然氣工業(yè)用往復(fù)式壓縮機》和ISO 20816《機械振動——機器振動的測量和評定——往復(fù)式壓縮機系統(tǒng)》標準對振動的要求，通過調(diào)整壓縮機、管線、閥門和壓力緩沖罐的合理受力閾限值，以及使用有限元數(shù)值模擬系統(tǒng)受力情況，計算得到系統(tǒng)各個節(jié)點在頻域里的脈動不平衡力和壓縮機組在載荷作用下的響應(yīng)值，確定了注氣工藝系統(tǒng)振動產(chǎn)生的原因。

圖1 壓縮機組撬內(nèi)系統(tǒng)機械振動分析模型圖

2）制訂減振工藝措施。根據(jù)注氣工藝系統(tǒng)振動原因，利用建立的注氣全系統(tǒng)模型進行優(yōu)化設(shè)計（圖2），對照API 618 和ISO 20816 標準制訂了減振工藝。例如針對壓縮機組撬外過濾分離器出口管線，在過濾分離器出口法蘭增設(shè)孔板，孔板產(chǎn)生的壓降為2.34 kPa，壓縮機組產(chǎn)生的總壓降可從110.2 kPa 下降到50.8 kPa，小于API618 標準允許值63.8 kPa。

圖2 模擬分析增設(shè)孔板法蘭減振示意圖

3）振動關(guān)鍵節(jié)點工藝管線限位措施。通過排查整個注氣系統(tǒng)，檢驗建立振動關(guān)鍵節(jié)點，并對關(guān)鍵節(jié)點的振動情況進行分析研究（圖3），采取了工藝管線限位措施，有效解決了撬外注氣工藝管線振動超標問題。例如針對壓縮機組撬內(nèi)末級除油器進口管線，采用型鋼加固管廊支撐，水平回流管彎頭處增設(shè)管卡，最大振動值從31.2 mm/s 降到15.3 mm/s，與此前增壓注氣生產(chǎn)時振動值相當，達到安全運行效果。

圖3 模擬分析增設(shè)軸向限位支撐減振示意圖

3.作用和效果

治理后的注氣工藝系統(tǒng)在2022—2023年注氣期安全平穩(wěn)運行，達到以下效果：

1）關(guān)鍵檢測點振動值下降明顯，振動值超高部位得到有效治理。

2）撬外過濾分離器至壓縮機組廠房之間的架空管線處，振動測量值低于7 mm/s；撬內(nèi)壓縮機大部分管線和三級空冷器出口至末級除油器管線處，振動測量值低于19 mm/s ，滿足國際標準API 618 和ISO 20816 的要求。

3）通過此次振動治理改造，基本解決了S6 儲氣庫注氣工藝系統(tǒng)管網(wǎng)振動超標問題，同時可為國內(nèi)其他儲氣庫壓縮機注氣模式相關(guān)問題治理提供借鑒方法。

本方法的成功應(yīng)用，同等注氣量可以減少壓縮機投用數(shù)量，節(jié)約電量、潤滑油和損耗，每個注氣期較治理前節(jié)省成本超過800 萬元，經(jīng)濟效益顯著，應(yīng)用前景廣闊。