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摘要： 海洋平台往复压缩机（活塞式）大多数用于气体的增压和外输， 在海洋平台上要求可靠性较高， 其振动控制是往复压缩机选型设计中的重要问题。剧烈的振动会导致管路的支撑乃至管道疲劳破坏，造成高压气体泄漏，从而引起重大安全事故。为此，为了保证海洋平台安全可靠性，往复压缩机组振动控制方法尤为重要，以确保安全生产。往复式压缩机控制由于平台的结构特点，对压缩机整撬的重量有限制， 不能按照陆地上的振动控制方法， 一般选择对称平衡型机组， 本文从管道及气体缓冲设计、压缩机安装处的结构强度、压缩机在平台上的安装方位，撬底座设计等方面考虑， 确保往复压缩机在海洋平台上的正常运行。
关键词：往复压缩机；振动；控制
概述
海上油气田开发其中往复压缩机是的重要设备， 从制冷压缩系统、天然气的预处理和为发动机提供高压气体的启动压缩机， 应用非常广泛。其运行过程中不可避免的会产生振动， 若不采取一定的措施， 则会带来一系列的问题， 对平台正常运行造成很大的隐患，如： 剧烈的振动会导致管路的支撑乃至管道疲劳破坏，造成高压气体泄漏，从而引起重大安全事故； 由于振动机器本身可能会无法正常运转， 使振源邻近的仪器、设备等无法正常工作； 振动还会产生噪声， 对附近工作人员的身体有一定的危害。由于海洋平台的结构特性， 往复压缩机的振动控制方法和陆地上用的方法有些区别。根据往复压缩机的结构特点， 有针对性地积极地采取措施， 把这种振动控制在一定的范围内， 使其产生的影响控制在最小范围内， 为整个平台的正常安全生产提供安全可靠的基础。
1.振动分析方法的选择
往复式压缩机的发展已非常成熟， 振动和脉动分析方法在API618中都有明确要求。具体采用哪种分析设计方法应根据气缸功率、排气压力、停机损失大小、过量振动的可能性等来确定。
API618振动分析方法分类：
API618振动分析方法的内容包括：（1）脉动分析和结构评价、结构固有频率分析及进行强迫振动分析。（2）凭经验的缓冲罐设计方法；（3） 脉动分析和结构评价方法；海洋平台上的往复压缩机主要用来增压和外输（制冷压缩系统、天然气的预处理和为发动机提供高压气体的启动压缩机）， 一般功率较大， 压力较高， 天然气又是危险介质，如因故障停产会给油田生产造成重大的损失， 因此海洋平台往复压缩机的振动分析方法一般都按方法1来进行分析。
2.往复压缩机振动产生的主要原因及控制方法
往复式压缩机振动状态比较复杂，在动力机械中属于振动问题比较特殊的一类，，对它的振动问题进行分析或诊断更为困难。引起压缩机振动的原因主要有：（1）气缸余间隙过小，上下死点造成活塞碰撞缸体端面（2）往复部分质量引起的往复惯性力， 它是压缩机产生振动的主要因素； （3）不平衡旋转质量引起的旋转惯性力； （4）往复惯性力与气体力， 摩擦力形成的综合活塞力； （5）滑动部件跳动、安装不良等机械异常。
未平衡的惯性力是压缩机振动的根本原因。海洋平台上往复压缩机组要求压缩机具有较好的动平衡特性， 最大化地降低机组产生的振动， 因此海洋平台上的往复压缩机组都采用成熟的压缩机组， 压缩机气缸为对称平衡型布置， 机组的一阶和二阶惯性力能被很好地平衡。番禺4-2/5-1调整项目为主发电机提供往复压缩机（压缩气体启动空压机）， 其机型为对称平衡型， 惯性力得到了比较好的平衡。虽然这种形式的压缩机理论上惯性力是可以被完全平衡掉， 但是由于各气缸的工作条件还是有差异， 实际中还是有一些未被完全平衡的惯性力和惯性力矩， 选择适当的防振措施还是必要的。
往复压缩机不平衡力及力偶其主要分布在平行于气缸方向和垂直于安装平面方向。在往复压缩机的振动分析中， 由于平台甲板提供的刚度有限， 因此应将甲板结构和往复压缩机整撬做整体分析并提出改进措施， 加强甲板结构强度， 应控制压缩机底座质量， 避免如灌注水泥等在陆地上使用的方法。工程中将压缩机撬座和甲板主结构焊接， 主要考虑加强安装处的结构强度， 提高系统固有频率， 达到较好的减振效果。在机组的安装方位上， 使不平衡力方向与安装甲板最大刚度方向重合。
3.压缩机管路的共振及防振措施
3.1 管路振动产生原因
实践生产中遇到的压缩机管道振动， 绝大多数是由于气流脉动引起。管内脉动的气流在管道的转弯、变截面、阀门、盲管等处产生交变的载荷激振力——激振力， 导致了管道的机械振动。当激振频率等于或接近管道的固有频率时， 管道系统将发生共振。
3.2 气流脉动的评价
管道内气流的压力脉动和速度脉动统称为气流脉动， 由气流脉动引起而加在管道的激振力， 可以认为是由压力脉动和速度脉动共同作用的结果。但是在数量上压力脉动引起的为主。因此， 主要是对气流的压力脉动进行控制。压力脉动的程度可以用压力不均匀度来评价
为了使压缩机及其装置能安全运转， 需要规定压力不均匀度的许用值。按美国API 618要求， 对管内气体不均匀度的数值进行限制， 海洋平台用压缩机一般都按照分析设计方法三规定的允许值进行设计。
3.3 控制脉动的主要措施
1）合理地配置气缸、附属设备及管道。通过改变管路的长度、管径、容器的大小及位置均可调整活塞固有频率，避免活塞共振
（2）设置缓冲罐，最有效和经济的降低脉动压力的方法是安装缓冲罐。缓冲罐安装在压缩机气缸的进气口和排气口附近， 即可以将压缩机气缸（振源）与管道隔离， 其作用使脉动的气流在缓冲罐中得以消减， 管道中的脉动变得轻微， 缓冲罐可以改变管道系统的气柱固有频率， 使气缸和缓冲罐间的气柱固有频率值大大提高， 从而可以避开低阶气柱共振， 缓冲罐越靠近气缸效果越好越好。缓冲罐的容积按照API618中方法三的要求进行计算。
（3）在缓冲管进出口安装孔板也是消减现场气流脉动和管道振动的有效措施。孔板可将该管段内的压力驻波变成行波， 使管段尾段不再具有反射条件， 从而降低压力不均匀度。
（4）尽量减少管路弯头的数量，避免急转弯，且弯头的圆弧半径要大，同时要进行固定，这是为了减少产生集振动场所，从而缓解机械振动
（5）防止管路产生共振，通过改变调整管路的走向、支撑位置、支撑结构、管路结构尺寸等方式，调整管路的固有频率。
（6）调整压缩机平衡度，使压缩机主机运转平稳，在振动比较严重的管路上可安装附加重量-消音器，以改变振动系统的自由度及固有频率值。
4.小结
海洋平台往复压缩机的振动问题涉及到机体自身振动以及管路的振动， 其影响因素较多且复杂。在压缩机选型设计阶段采取控制措施， 可有效降低振动产生的危害。
在往复压缩机的振动分析中， 由于平台甲板提供的刚度有限， 因此应将甲板結构和往复压缩机整撬做整体分析并提出改进措施， 加强甲板结构强度，应控制增加压缩机底座质量， 避免如灌注水泥等在陆地上使用的方法。
为有效降低压缩机本体的振动， 主要从以下几个方面来考虑：设计合适的压缩机基础；压缩机本体的结构选型；压缩机在平台上的布置形式； 提高压缩机安装处的结构强度。对于脉动引起的管系振动问题， 必须在压缩机的吸、排气管上安装抑制气流压力脉动的合适的缓冲罐等装置。管道设计和支撑合理， 应对每段管路做振动分析， 避免出现共振问题。另外要求成撬商提供由专业厂商对机组振动和脉动的分析报告， 确保机组运行的可靠性和安全性。
参考文献
1、 西安交通大学，往复式压缩机管路的安全与防震 北京：劳动出版社
2、 石油、化学及天然气工业用往复式压缩机 1995年版 美国石油学会标准API618
关键词：往复压缩机；振动；控制
概述
海上油气田开发其中往复压缩机是的重要设备， 从制冷压缩系统、天然气的预处理和为发动机提供高压气体的启动压缩机， 应用非常广泛。其运行过程中不可避免的会产生振动， 若不采取一定的措施， 则会带来一系列的问题， 对平台正常运行造成很大的隐患，如： 剧烈的振动会导致管路的支撑乃至管道疲劳破坏，造成高压气体泄漏，从而引起重大安全事故； 由于振动机器本身可能会无法正常运转， 使振源邻近的仪器、设备等无法正常工作； 振动还会产生噪声， 对附近工作人员的身体有一定的危害。由于海洋平台的结构特性， 往复压缩机的振动控制方法和陆地上用的方法有些区别。根据往复压缩机的结构特点， 有针对性地积极地采取措施， 把这种振动控制在一定的范围内， 使其产生的影响控制在最小范围内， 为整个平台的正常安全生产提供安全可靠的基础。
1.振动分析方法的选择
往复式压缩机的发展已非常成熟， 振动和脉动分析方法在API618中都有明确要求。具体采用哪种分析设计方法应根据气缸功率、排气压力、停机损失大小、过量振动的可能性等来确定。
API618振动分析方法分类：
API618振动分析方法的内容包括：（1）脉动分析和结构评价、结构固有频率分析及进行强迫振动分析。（2）凭经验的缓冲罐设计方法；（3） 脉动分析和结构评价方法；海洋平台上的往复压缩机主要用来增压和外输（制冷压缩系统、天然气的预处理和为发动机提供高压气体的启动压缩机）， 一般功率较大， 压力较高， 天然气又是危险介质，如因故障停产会给油田生产造成重大的损失， 因此海洋平台往复压缩机的振动分析方法一般都按方法1来进行分析。
2.往复压缩机振动产生的主要原因及控制方法
往复式压缩机振动状态比较复杂，在动力机械中属于振动问题比较特殊的一类，，对它的振动问题进行分析或诊断更为困难。引起压缩机振动的原因主要有：（1）气缸余间隙过小，上下死点造成活塞碰撞缸体端面（2）往复部分质量引起的往复惯性力， 它是压缩机产生振动的主要因素； （3）不平衡旋转质量引起的旋转惯性力； （4）往复惯性力与气体力， 摩擦力形成的综合活塞力； （5）滑动部件跳动、安装不良等机械异常。
未平衡的惯性力是压缩机振动的根本原因。海洋平台上往复压缩机组要求压缩机具有较好的动平衡特性， 最大化地降低机组产生的振动， 因此海洋平台上的往复压缩机组都采用成熟的压缩机组， 压缩机气缸为对称平衡型布置， 机组的一阶和二阶惯性力能被很好地平衡。番禺4-2/5-1调整项目为主发电机提供往复压缩机（压缩气体启动空压机）， 其机型为对称平衡型， 惯性力得到了比较好的平衡。虽然这种形式的压缩机理论上惯性力是可以被完全平衡掉， 但是由于各气缸的工作条件还是有差异， 实际中还是有一些未被完全平衡的惯性力和惯性力矩， 选择适当的防振措施还是必要的。
往复压缩机不平衡力及力偶其主要分布在平行于气缸方向和垂直于安装平面方向。在往复压缩机的振动分析中， 由于平台甲板提供的刚度有限， 因此应将甲板结构和往复压缩机整撬做整体分析并提出改进措施， 加强甲板结构强度， 应控制压缩机底座质量， 避免如灌注水泥等在陆地上使用的方法。工程中将压缩机撬座和甲板主结构焊接， 主要考虑加强安装处的结构强度， 提高系统固有频率， 达到较好的减振效果。在机组的安装方位上， 使不平衡力方向与安装甲板最大刚度方向重合。
3.压缩机管路的共振及防振措施
3.1 管路振动产生原因
实践生产中遇到的压缩机管道振动， 绝大多数是由于气流脉动引起。管内脉动的气流在管道的转弯、变截面、阀门、盲管等处产生交变的载荷激振力——激振力， 导致了管道的机械振动。当激振频率等于或接近管道的固有频率时， 管道系统将发生共振。
3.2 气流脉动的评价
管道内气流的压力脉动和速度脉动统称为气流脉动， 由气流脉动引起而加在管道的激振力， 可以认为是由压力脉动和速度脉动共同作用的结果。但是在数量上压力脉动引起的为主。因此， 主要是对气流的压力脉动进行控制。压力脉动的程度可以用压力不均匀度来评价
为了使压缩机及其装置能安全运转， 需要规定压力不均匀度的许用值。按美国API 618要求， 对管内气体不均匀度的数值进行限制， 海洋平台用压缩机一般都按照分析设计方法三规定的允许值进行设计。
3.3 控制脉动的主要措施
1）合理地配置气缸、附属设备及管道。通过改变管路的长度、管径、容器的大小及位置均可调整活塞固有频率，避免活塞共振
（2）设置缓冲罐，最有效和经济的降低脉动压力的方法是安装缓冲罐。缓冲罐安装在压缩机气缸的进气口和排气口附近， 即可以将压缩机气缸（振源）与管道隔离， 其作用使脉动的气流在缓冲罐中得以消减， 管道中的脉动变得轻微， 缓冲罐可以改变管道系统的气柱固有频率， 使气缸和缓冲罐间的气柱固有频率值大大提高， 从而可以避开低阶气柱共振， 缓冲罐越靠近气缸效果越好越好。缓冲罐的容积按照API618中方法三的要求进行计算。
（3）在缓冲管进出口安装孔板也是消减现场气流脉动和管道振动的有效措施。孔板可将该管段内的压力驻波变成行波， 使管段尾段不再具有反射条件， 从而降低压力不均匀度。
（4）尽量减少管路弯头的数量，避免急转弯，且弯头的圆弧半径要大，同时要进行固定，这是为了减少产生集振动场所，从而缓解机械振动
（5）防止管路产生共振，通过改变调整管路的走向、支撑位置、支撑结构、管路结构尺寸等方式，调整管路的固有频率。
（6）调整压缩机平衡度，使压缩机主机运转平稳，在振动比较严重的管路上可安装附加重量-消音器，以改变振动系统的自由度及固有频率值。
4.小结
海洋平台往复压缩机的振动问题涉及到机体自身振动以及管路的振动， 其影响因素较多且复杂。在压缩机选型设计阶段采取控制措施， 可有效降低振动产生的危害。
在往复压缩机的振动分析中， 由于平台甲板提供的刚度有限， 因此应将甲板結构和往复压缩机整撬做整体分析并提出改进措施， 加强甲板结构强度，应控制增加压缩机底座质量， 避免如灌注水泥等在陆地上使用的方法。
为有效降低压缩机本体的振动， 主要从以下几个方面来考虑：设计合适的压缩机基础；压缩机本体的结构选型；压缩机在平台上的布置形式； 提高压缩机安装处的结构强度。对于脉动引起的管系振动问题， 必须在压缩机的吸、排气管上安装抑制气流压力脉动的合适的缓冲罐等装置。管道设计和支撑合理， 应对每段管路做振动分析， 避免出现共振问题。另外要求成撬商提供由专业厂商对机组振动和脉动的分析报告， 确保机组运行的可靠性和安全性。
参考文献
1、 西安交通大学，往复式压缩机管路的安全与防震 北京：劳动出版社
2、 石油、化学及天然气工业用往复式压缩机 1995年版 美国石油学会标准API618