FPSO往復(fù)壓縮機(jī)振動(dòng)案例分析

楊家臣

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300452）

一、FPSO裝置介紹

浮式生產(chǎn)儲(chǔ)存卸貨裝置FPSO（Floating Production Storage&Offloading）是一種可將油井的油氣水等混合液經(jīng)過(guò)加工、處理成合格的原油或天然氣的大型船只。FPSO集生產(chǎn)、處理、儲(chǔ)存外輸及生活、動(dòng)力供應(yīng)于一體。

FPSO具有抗風(fēng)浪能力強(qiáng)、適應(yīng)水深范圍廣、儲(chǔ)卸油能力大及可轉(zhuǎn)移、重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，廣泛適用于遠(yuǎn)離海岸的深海、淺海海域及邊際油田的開(kāi)發(fā)。FPSO通常與鉆油平臺(tái)或海底采油系統(tǒng)組成一個(gè)完整的采油、原油處理、儲(chǔ)油和卸油系統(tǒng)，其作業(yè)原理是：通過(guò)海底輸油管線(xiàn)接受從海底油井中采出的原油，并在船上進(jìn)行處理，然后儲(chǔ)存在貨油艙內(nèi)，最后通過(guò)卸載系統(tǒng)輸往穿梭油輪。

與海上采油平臺(tái)類(lèi)似，往復(fù)壓縮機(jī)在FPSO上用于天然氣的增壓和外輸，屬于關(guān)鍵設(shè)備。往復(fù)壓縮機(jī)由于其往復(fù)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，工作過(guò)程中振動(dòng)不可避免，如何減小機(jī)組振動(dòng)是壓縮機(jī)設(shè)計(jì)、安裝過(guò)程中必須考慮的問(wèn)題。通常情況下，陸上機(jī)組采用加強(qiáng)基礎(chǔ)剛度，如鋼筋混凝土澆筑底座等方法，但在海上，由于FPSO結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及承載能力有限，陸地上的振動(dòng)控制方法不適用，因此通常從壓縮機(jī)安裝處的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、撬底座設(shè)計(jì)、管道及氣體緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面確保往復(fù)壓縮機(jī)安全正常運(yùn)行。

二、案例介紹

中海油某油田海上FPSO裝置天然氣壓縮機(jī)組2010年發(fā)生振動(dòng)異常。運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)、壓縮機(jī)、壓縮機(jī)基礎(chǔ)、管道和撬塊均存在振動(dòng)較大現(xiàn)象，對(duì)生產(chǎn)工作產(chǎn)生較嚴(yán)重的影響?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)電機(jī)、壓縮機(jī)、管道以及撬塊相關(guān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)值較高。機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

使用離線(xiàn)檢測(cè)設(shè)備對(duì)電機(jī)測(cè)點(diǎn)、壓縮機(jī)曲軸箱測(cè)點(diǎn)、缸體測(cè)點(diǎn)以及機(jī)組支撐測(cè)點(diǎn)進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)采集，相關(guān)測(cè)點(diǎn)頻譜圖見(jiàn)圖2、圖3、圖4、圖5。

頻譜圖顯示電機(jī)與壓縮機(jī)曲軸箱測(cè)點(diǎn)及缸體測(cè)點(diǎn)存在明顯的二倍頻，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)驅(qū)動(dòng)軸軸心軌跡為外八字，可知機(jī)組存在一定的不對(duì)中。與此同時(shí)，從頻譜圖可見(jiàn)，電機(jī)轉(zhuǎn)速存在一定的波動(dòng)，在15r/min左右，該波動(dòng)與往復(fù)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不足有關(guān)，而經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)考察，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)缺少飛輪部件，電機(jī)與壓縮機(jī)間連接處僅有聯(lián)軸器，故再次證明電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)原因，這對(duì)于機(jī)組振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)考察，1#、2#汽缸缸頭支撐剛度不足，僅以厚度10mm角鐵結(jié)構(gòu)支撐缸頭位置。同時(shí)，此種支撐方式導(dǎo)致汽缸處于懸臂結(jié)構(gòu)，汽缸缸頭處活塞方向振動(dòng)明顯很大，造成機(jī)組縱向振動(dòng)異常。

綜上所述：由于該機(jī)組設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)缺少飛輪，導(dǎo)致往復(fù)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量嚴(yán)重不足。同時(shí)，機(jī)組支撐偏弱，剛度不足，實(shí)際運(yùn)行中無(wú)法達(dá)到減小機(jī)組振動(dòng)的目的。因此，提出以下改進(jìn)建議。

1.該機(jī)組需在FPSO裝置承載能力允許的范圍內(nèi)，改造機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)，尤其需要改變機(jī)組汽缸懸臂結(jié)構(gòu)的支撐方式；建議增加支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)改汽缸單側(cè)支撐為兩側(cè)支撐。

2.檢查機(jī)組對(duì)中情況，同時(shí)增加機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，達(dá)到降低壓縮機(jī)曲軸的角加速度變化量，從而使轉(zhuǎn)速平穩(wěn)的目的。

經(jīng)改進(jìn)，壓縮機(jī)組振動(dòng)顯著降低，驗(yàn)證了對(duì)機(jī)組振動(dòng)原因的診斷結(jié)論。

[1]張海云，董曉雨，高鵬.海洋平臺(tái)往復(fù)壓縮機(jī)組脈動(dòng)和振動(dòng)控制方法[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2010，223(5).

[2]趙東，王威強(qiáng)，馬汝建，蔡冬梅.海洋平臺(tái)振動(dòng)控制研究現(xiàn)狀及近期發(fā)展[J].石油機(jī)械,2005，33(5).

[3]馬汝建,趙東,熊永功,叢林.海洋平臺(tái)振動(dòng)測(cè)試及分析[J].濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,18(2).