天然气压缩机气流脉动的消减研究

天然气压缩机气流脉动的消减研究

李渊畅鹏

（长庆油田分公司第三采气厂内蒙古鄂尔多斯016200）

摘要：压缩机是采油采气企业应用最为普遍的设备。受限于压缩机的设计原理，其运行过程中因间歇的吸排作业导致脉动气流的波动，进而诱发管线的振动。这一情况若未能得到及时的消减，将在较大程度生影响到设备运用的稳定性。对天然气压缩机气流脉动的消减的策略研究对提升系统工艺性能具有积极的推动作用。本文对天然气系统的管道振动进行了分析，并在此基础上提出了天然气压缩机气流脉动的消减的策略。

关键词：压缩机；气流脉动；消减

随着我国天然气企业的不断发展，压缩机作为天然气企业设备组件和工艺流程中的不可或缺的设备，其需求量的日益提升。同时系统工艺实际的要求的不断提升，对压缩机的功率、振幅等指标也越发的严苛。压缩机自身的动能传导作用导致了设备小幅振动，在造成能量损耗的同时，也对设备使用寿命和安全带来了一定的风险[1]。当前，在需求的刺激下，对压缩机系统振动成因的优化设计以成为压缩机技术升级的核心研发方向，而这一成果无论是对于压缩机生产企业，还是设备应用企业都具有积极的推动作用，成为我国天然气企业设备“以设备性能提升促节能降耗“”的重要实施路径。

1.天然气系统的管道振动

在天然气系统工艺设计中，活塞式压缩机主机与电动机、管道等系统附属设备构成了一个相对完成的运行系统。在系统工艺运行中，其压缩机机、电动机、管道之间相互影响，共同决定了系统的整体性能。受限于活塞式压缩机自身设计的原理，其在运行中不可避免地出现与其连接管线的小幅脉动和振动。压缩机作业过程中泵容积的变化导致流量脉动，而这一流量脉动有在一定程度上诱发不压缩液体的压力脉动。活塞式压缩机出口的瞬时流量也呈现出一定的周期性变化，致使溶液在管线内的流量不均匀，使活塞式压缩机在作业过程中的吸排作业阻力的上升，会在一定程度上影响到活塞式压缩机的吸入效能，也可引发压缩机的过流现象。从而造成天然气系统管路的脉动和振动[2]。由于上述气流变化和脉动性，在天然气系统管道的弯头、异径管、控制阀、直管段等多部位都会出现不同程度的激振力，多个激振力的共同作用将导致管道的周期性振动移位。而在这一过程中，如天然气管道的激发频率和运行中管道内气体的频率（多个固有频率之一）相等或接近时，变可能会诱发强烈的共振，从而导致较大的管道生产事故。

2.天然气压缩机气流脉动的消减的策略

天然气压缩机气流脉动的消减是系统工艺整体优化的结果。这就要求在消减的计算和措施的研究中能够抓住其中的关键工序。以配套管线的控制和管理为主要方向而展开研究。对于天然气压缩机工艺配套管线的设计而言，工艺系统内的配套管线要在保障符合工艺标准的基础上，对管道配置进行科学的计算从而完成对系统工艺的整体优化。其优化内容涵盖了配套管线的体积、管长、管径、支撑长度及位置等。在对系统管系配置计算的同时，也应对压缩机气流脉动的相应时间进行计算，从而对工艺系统中气流脉动的分布规律进行整体的把握，从而使气流脉动的运行在标准的范围之内[3]。

2.1缓冲器的减振

在系统工艺中，控制压力脉动主要是由缓冲器来完成。缓冲器的工作原理是通过对缓冲器容积的能量储存功能进行利用，来发挥缓冲器的进气、排气作用。其中，应用进气缓冲器可对来自气缸上游的放射性压力波进行有效的调剂，从而使其以标准量进入管道。而利用排气缓冲器可以有效避免气流反射波在返回过程中被携带进入气缸，同时也能够对压力波向排气管道进入起到一定的阻滞作用[4]。研究评测中发现，缓冲器的振动消减效果与缓冲器本身的设计性能有着较大的关联。决定缓冲器消减效果的两大因素分别是其容积及其与气缸的距离。从工艺理论而言，缓冲器的安装位置经直接决定了其运行性能和消振效能。在工艺标准内将缓冲器安置离气缸较近的位置能够收到较好的减震效果。同时为提升减震器的整体性能，也可采用缓冲器的冲击计算公式，计算出合理容积，从而提升减震器的效果。在计算过程中，应对系统压缩机的设备缓冲器容积、气缸数量、活塞行程及气缸面积进行实测和统计，确保气流脉动的优化效果。

2.2孔板减振

在对天然气压缩机气流脉动的消减过程中合理地增加孔板的数量也能够达到较好的减震效果，当气流经过孔板后，其流速、流向及系统能量都会发生一定的改变。若在系统工艺的设计中受多种因素的制约而导致气缸与缓冲器的距离未能达到最优化，则可通过将孔板安装在缓冲器的法兰处，来实现减震的目的。研究评测显示，孔板安装后可将管道气流中的驻波改成行波，从而较好地提升了工艺管道内气流的均匀性。而利用孔板来达成对振动消减的过程中，应有效地对孔板的安装位置进行精准的计算，从而使孔板发挥最大的减震效果。这一位置多选择在容积加大容器的入口、出口的法兰处。位置不合理则会导致孔板不会再产生无反射条件，进而变成管道中的一个简单阻力原件，孔板的消振功能会受到较大的影响[5]。

2.3固定支撑减振

固定支撑减振也是天然气压缩机气流脉动的消减的重要策略。首先对于系统管线而言应尽量低贴地敷设，这样在为管道支撑提供便利的同时，能够较好地减少管线的激振力。其次在管道支架的设计中，对支架的跨度进行合理的调节，实现关系机械固有频率消减的最大化。

综上所述，科学消减天然气压缩机气流脉动是确保是天然气企业生产效益和安全生产的重要前提。不断地对压缩机系统的其刘振动的消减优化已成为天然气企业设备运行经济性和实效性提升的重要手段。同时，在这一研究和实践过程中，需能够清晰地认识到，受到压缩机自身结构、管道设计等多方面的影响，对天然气压缩机气流脉动成因的分析是一个精密而复杂的过程。而后根据实验结果对压缩机的具体振动成因予以分析，进而完成对天然气压缩机的减震优化，从而促进天然气压缩机气流脉动消减的不断升级，达成我国天然气企业装备性能的有效提升。

参考文献：

[1]肖正华.往复式压缩机管系振动与气流脉动的模拟分析及实验研究[D].兰州交通大学，2014：1-70.

[2]曹颜玉，姜来举，王文凯，等.亥姆赫兹共鸣器衰减压缩机气流脉动的数值模拟与实验研究[J].压缩机技术，2017，（2）：9-13.

[3]张梁，梁政，冯小波，谢强.天然气压缩机气流脉动的消减研究[J].压缩机技术，2006，（2）：1-3.

[4]芦红威.海洋石油平台天然气压缩机脉动消减技术研究[J].智能城市，2017，（1）：77-78.

[5]何明远.海洋石油平台天然气压缩机脉动消减技术研究[J].建筑工程技术与设计，2018，（27）：595.