遼河油田S6儲(chǔ)氣庫注氣工藝系統(tǒng)振動(dòng)治理研究與應(yīng)用

1.目的

中國石油遼河油田S6儲(chǔ)氣庫通過提高壓縮機(jī)入口壓力，避免了先降壓進(jìn)入壓縮機(jī)，再升壓進(jìn)入注氣管網(wǎng)的流程，充分利用管網(wǎng)壓力達(dá)到降本增效的目的。但是在生產(chǎn)運(yùn)行中，壓縮機(jī)撬內(nèi)三級(jí)出口管線、壓縮機(jī)撬外過濾分離器出口匯管及閥門振動(dòng)程度嚴(yán)重超標(biāo)，最大振動(dòng)值達(dá)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(duì)S6 儲(chǔ)氣庫注氣工藝系統(tǒng)振動(dòng)檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析，利用氣流脈動(dòng)與機(jī)械振動(dòng)分析軟件、建立壓縮機(jī)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(chǔ)氣庫注氣工藝系統(tǒng)振動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)的問題，避免生產(chǎn)運(yùn)行中出現(xiàn)安全事故，同時(shí)為其他儲(chǔ)氣庫注、采系統(tǒng)振動(dòng)問題治理提供了技術(shù)支撐。

2.方法

1）確定振動(dòng)原因。利用氣流脈動(dòng)與機(jī)械振動(dòng)分析軟件，建立壓縮機(jī)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(jī)》和ISO 20816《機(jī)械振動(dòng)——機(jī)器振動(dòng)的測(cè)量和評(píng)定——往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)振動(dòng)的要求，通過調(diào)整壓縮機(jī)、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(jì)算得到系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)在頻域里的脈動(dòng)不平衡力和壓縮機(jī)組在載荷作用下的響應(yīng)值，確定了注氣工藝系統(tǒng)振動(dòng)產(chǎn)生的原因。

圖1 壓縮機(jī)組撬內(nèi)系統(tǒng)機(jī)械振動(dòng)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(dòng)原因，利用建立的注氣全系統(tǒng)模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)（圖2），對(duì)照API 618 和ISO 20816 標(biāo)準(zhǔn)制訂了減振工藝。例如針對(duì)壓縮機(jī)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(jī)組產(chǎn)生的總壓降可從110.2 kPa 下降到50.8 kPa，小于API618 標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工藝管線限位措施。通過排查整個(gè)注氣系統(tǒng)，檢驗(yàn)建立振動(dòng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，并對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)情況進(jìn)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(dòng)超標(biāo)問題。例如針對(duì)壓縮機(jī)組撬內(nèi)末級(jí)除油器進(jìn)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(dòng)值從31.2 mm/s 降到15.3 mm/s，與此前增壓注氣生產(chǎn)時(shí)振動(dòng)值相當(dāng)，達(dá)到安全運(yùn)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(yùn)行，達(dá)到以下效果：

1）關(guān)鍵檢測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值下降明顯，振動(dòng)值超高部位得到有效治理。

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

3）通過此次振動(dòng)治理改造，基本解決了S6 儲(chǔ)氣庫注氣工藝系統(tǒng)管網(wǎng)振動(dòng)超標(biāo)問題，同時(shí)可為國內(nèi)其他儲(chǔ)氣庫壓縮機(jī)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(jī)投用數(shù)量，節(jié)約電量、潤滑油和損耗，每個(gè)注氣期較治理前節(jié)省成本超過800 萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著，應(yīng)用前景廣闊。