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海洋平台2811压缩机气流脉动与管道响应计算文献综述

 2020-04-23 19:56:02  

1.目的及意义

海上油气资源一般通过海洋平台进行勘探开发 , 而撬装往复式压缩机是海洋平台上的重要设备 , 它是集往复式压缩机、原动机、洗涤罐及缓冲罐等各功能元件于一体的可整体迁移的压缩机系统,被广泛应用于天然气增压、集输、气举、筑起、燃气透平压缩、油气回收、油井回注、馏分气体压缩等工艺中,应用非常广泛,同时由于往复式压缩机吸、排气的周期性、间歇性,进出口管道中气体的压力和速度呈周期性变化,这种周期性变化被称为“气流脉动”,是引起管道振动的主要原因,且管道结构和管道内气柱都具有各自的固有频率,当它们与压缩机激发频率相近或一致时,会引起共振,导致管道的剧烈振动。

管道振动会给海上油气开发带来严重的危害:使得天然气管道结构、管路附件产生疲劳破坏,特别是管道的连接部位发生松动和破裂;使得压缩机的工况变坏,阀片过早损坏;使得管道上或附近的计测仪表失真或者损坏;使得噪声增大,造成工作环境恶劣,危害附近工作人员的身心健康等等。所造成的损失轻则降低工作效率,重则由管道破裂而引起爆炸、燃烧,造成严重事故。因此,对海洋平台压缩机管系的气流脉动及管道响应进行计算,分析其振动情况并与规范允许值进行比较,是很有必要的。

国内研究现状:

往复式压缩机气流脉动与管线振动的研究在国内始于上世纪七十年代,西安交大党锡淇等人率先对这方面问题进行了研究,以平面波理论为基础,在压缩机装置和计算程序上都取得了令人满意的效果。但由于平面波假设的限制,其计算程序所使用的控制方程无法对共振条件下的大振幅气流脉动进行模拟。同时期西安交大学者陈守五使用一维非稳态气流方程组模拟气流脉动,该方程组能够计算大振幅气流脉动,通过与实验对照也取得了不错的模拟结果,但该方法对复杂管系的模拟精度存在问题。

1985年,史维样等对管系中流体噪声的产生与传播进行了一些探讨,对K型和H型滤波器进行了理论分析和试验,増加了一个约束方程,发现K型和H型滤波器对压力脉动的削减作用很大。

1992年,西安交通大学陈玲莉、黄幼玲对风机系统中平均流速对气柱固有频率的影响进行了探讨,建立了风机的边界条件,用小波动理论和一维非稳定气流理论作了计算与分析,计算发现,较大流速使气柱固有频率向小的方向偏移。

1995年,谢杜宁应用频响函数法克服传递矩阵法计算时产生漏根等不足之处,并使实际管系的模型简化更趋合理,在后期的验算与实验中表明,这种方法非常有效。通过该模型所编写的程序具有很大的工程应用价值。

2005年,李淑华等通过解决某油田的往复式压缩机管线的振动问题,发现在压缩机出口管线位置安装一定容积的缓冲罐可以简单有效的解决严重的压缩机管线振动问题,并且认为气流脉动是导致压缩机管线振动的主要原因。

2006年,张梁、梁政等在解决天然气压缩机管线振动问题时,在设计之初就尽量采用直管道,减少不必要的弯头。这样在一定程度上可避免气柱共振和管线的机械共振,并且在靠近压缩机出口管线处安装缓冲罐和孔板,削减了大部分的气流脉动。

2008年,刘录,赵杰等人通过有限元软件ANSYS解决了超高压往复式压缩机的振动问题,改进后的管线振幅比改进前的振幅减少76.8%,减振的效果非常好,这为采用有限元软件ANSYS解决管系振动问题提供了参考。

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