辽河油田S6储气库注气工艺系统振动治理研究与应用

1.目的

中国石油辽河油田S6储气库通过提高压缩机入口压力，避免了先降压进入压缩机，再升压进入注气管网的流程，充分利用管网压力达到降本增效的目的。但是在生产运行中，压缩机撬内三级出口管线、压缩机撬外过滤分离器出口汇管及阀门振动程度严重超标，最大振动值达到了49.5 mm/s，造成较大安全生产隐患，可能导致注气系统停产、天然气泄漏、工艺线路断裂等事故。通过对S6 储气库注气工艺系统振动检测与数据分析，利用气流脉动与机械振动分析软件、建立压缩机组及注气工艺管网力学模型、使用有限元数值模拟系统受力等技术，解决了S6 储气库注气工艺系统振动严重超标的问题，避免生产运行中出现安全事故，同时为其他储气库注、采系统振动问题治理提供了技术支撑。

2.方法

1）确定振动原因。利用气流脉动与机械振动分析软件，建立压缩机组及注气工艺管网力学模型（图1）。根据API 618《石油化工和天然气工业用往复式压缩机》和ISO 20816《机械振动——机器振动的测量和评定——往复式压缩机系统》标准对振动的要求，通过调整压缩机、管线、阀门和压力缓冲罐的合理受力阈限值，以及使用有限元数值模拟系统受力情况，计算得到系统各个节点在频域里的脉动不平衡力和压缩机组在载荷作用下的响应值，确定了注气工艺系统振动产生的原因。

图1 压缩机组撬内系统机械振动分析模型图

2）制订减振工艺措施。根据注气工艺系统振动原因，利用建立的注气全系统模型进行优化设计（图2），对照API 618 和ISO 20816 标准制订了减振工艺。例如针对压缩机组撬外过滤分离器出口管线，在过滤分离器出口法兰增设孔板，孔板产生的压降为2.34 kPa，压缩机组产生的总压降可从110.2 kPa 下降到50.8 kPa，小于API618 标准允许值63.8 kPa。

图2 模拟分析增设孔板法兰减振示意图

3）振动关键节点工艺管线限位措施。通过排查整个注气系统，检验建立振动关键节点，并对关键节点的振动情况进行分析研究（图3），采取了工艺管线限位措施，有效解决了撬外注气工艺管线振动超标问题。例如针对压缩机组撬内末级除油器进口管线，采用型钢加固管廊支撑，水平回流管弯头处增设管卡，最大振动值从31.2 mm/s 降到15.3 mm/s，与此前增压注气生产时振动值相当，达到安全运行效果。

图3 模拟分析增设轴向限位支撑减振示意图

3.作用和效果

治理后的注气工艺系统在2022—2023年注气期安全平稳运行，达到以下效果：

1）关键检测点振动值下降明显，振动值超高部位得到有效治理。

2）撬外过滤分离器至压缩机组厂房之间的架空管线处，振动测量值低于7 mm/s；撬内压缩机大部分管线和三级空冷器出口至末级除油器管线处，振动测量值低于19 mm/s ，满足国际标准API 618 和ISO 20816 的要求。

3）通过此次振动治理改造，基本解决了S6 储气库注气工艺系统管网振动超标问题，同时可为国内其他储气库压缩机注气模式相关问题治理提供借鉴方法。

本方法的成功应用，同等注气量可以减少压缩机投用数量，节约电量、润滑油和损耗，每个注气期较治理前节省成本超过800 万元，经济效益显著，应用前景广阔。