０引言

壓縮機是將低壓氣體提升為高壓氣體的一種動力設備，運行時會產生高頻振動，容易對機組的附屬檢測儀表和控制閥門產生很大干擾，進而影響壓縮機的控制和安全聯鎖，造成壓縮機的不穩定運行，甚至停車。除此以外，還會造成壓縮機的上下游（低壓側和高壓側）的壓力大幅度波動，對裝置的平穩運行產生較嚴重的影響。因此，采取合理的防振措施，減輕儀表受高振動設備運行干擾的影響，是壓縮機穩定運行的關鍵。

 

１壓縮機的周邊儀表說明

一套典型的用于天然氣裝置的二級螺桿式原料壓縮機流程如圖１所示。

經過調壓、雜質預處理的１．４ＭＰａ（Ｇ）的天然氣和ＬＮＧ儲罐的一部分閃蒸氣（ＢＯＧ）混合后，經過壓縮機的一級進氣緩沖罐緩沖后，進入一級壓縮機氣缸，經一級壓縮后排至一級出氣緩沖罐，然后經一級冷卻器冷卻后，通過一級分離器將氣相和凝液分離。從一級分離器分離出的天然氣經過二級進氣緩沖罐緩沖后，進入二級壓縮機氣缸，經二級壓縮后排至二級出氣緩沖罐，再經二級冷卻器、二級分離器后，將加壓后的５．０ＭＰａ（Ｇ）的天然氣，送往天然氣液化冷箱，生成液化天然氣。

在壓縮機周邊有幾個關鍵儀表：

（１）在原料壓縮機的氣體入口和氣體出口的旁路線上設置的二級壓縮返回一級壓縮的氣動調節閥，用來調節壓縮氣量，閥門故障位為氣關。

　（２）在壓縮機一、二級分離器設置的液位變送器。壓縮機的一、二級分離器用來將壓縮機一、二級的天然氣進行氣液分離，避免氣相中的水分夾帶進壓縮機的螺桿軸承。液體進入軸承，會引起機組液擊，產生不正常振動，增加噪聲，機組不正常的振動會使得軸承、轉子受力過大，壽命縮短，嚴重會導致時螺桿受損，壓縮機停車。因此，分離器的分液效果直接影響了壓縮機的運行可靠性。在控制系統中設置有壓縮機一、二級分離器的分液液位高限聯鎖停壓縮機的聯鎖保護，避免分離器由于排液效果不佳，液體滿溢進壓縮機。如果液位測量失真，沒有起到保護作用，引起機組液擊，如果誤觸發聯鎖停機保護，壓縮機誤停車，會使得下游的冷箱進氣中斷，ＬＮＧ儲罐內的過量閃蒸氣無法被循環回冷箱液化回收，直接去火炬系統燃燒排放，增加了產品的消耗和碳排放，造成不小的經濟損失。因此，分離器液位檢測可靠性要求比較高。

 

二級壓縮返回一級壓縮的氣動調節閥門故障位為故障開，如果閥門恢復故障位，會導致閥門全開，二級壓縮的出氣大部分回到一級壓縮機入口，壓縮機去下游的出氣量降到zui低，下游停止進天然氣，帶來和上述壓縮機的停機一樣的經濟損失。

 

２壓縮機相關儀表分析

２．１液位儀表分析

壓縮機分離器設備條件參數：１０００ｍｍ×１５００ｍｍ，材質為不銹鋼正常操作壓力５．０ＭＰａ，正常操作溫度５０℃。液相為水，氣相為天然氣。測量小型液罐的液位zui常用的液位計類型有磁性翻板液位計、雷達液位計、差壓液位計三種形式，下面對三種液位計類型做對比分析，來確定zui適合該工況的液位計類型。

 

２．１．１磁性液位計

磁性液位計是一種zui常用的液位計類型，在各種液位測量場合得到廣泛的應用。它的結構如圖２所示。磁翻板液位計的原理是浮力原理和磁性耦合作用。當被測容器中的液位升降時，液位計本體管中的磁性浮子也隨之升降，浮子內的永久磁鋼通過磁耦合傳遞到磁翻柱指示器，驅動紅、白翻柱翻轉１８０°，當液位上升時翻柱由白色轉變為紅色，當液位下降時翻柱由紅色轉變為白色，指示器的紅白交界處為容器內部液位的實際高度，從而實現液位清晰的指示。

 

變送桿內的干簧管元件通過磁耦合的作用，將液位位置轉化為電阻阻值變化，通過變送器轉換成４～２０ｍＡ的標準信號，實現液位信號遠傳監控。

 

磁翻板液位計具有檢測原理簡單、就地顯示的直讀式特點。目前磁翻板產品可以做到１０ＭＰａ的耐壓能力，已經可以用于大部分的低中壓場合。

 

磁翻板液位計雖然結構簡單，但是浮球和腔體間隙小，浮子升降時容易卡堵，因此該液位計不適合用于含顆粒或者黏度較高的介質。液位計雖然測量原理簡單，但是測量桿內的干簧管傳感器由多個干簧管元件連接組成，單個元件的故障就會引起傳感器失效，整體可靠性較低。干簧管傳感器的原理見圖３，隨著磁浮子位置的變化，磁場作用范圍內的干簧管元件根據磁耦合作用改變了開關的狀態（閉合），其他干簧管處于開路狀態，從而改變干簧管相連的電阻組件的電阻值。假設Ｒ０～Ｒｎ的每個電阻的電阻值為ｋ，每段干簧管之間的距離為ｓ，可推得從底部往上的第ｗ段的干簧管閉合對應的電阻值Ｒｗ：

　對應的液位高度ｍ＝（ｗ－１）ｓ，得

 

因此，電阻組件的電阻值和液位值是等比例的，當組件內電阻或干簧管線路出現接觸不良、短路、斷路等故障時，都會引起電阻值的變化，出現液位顯示不正確的故障。由于磁性液位計的法蘭與分液罐相連，受振動影響，遠傳測桿內的干簧管線路容易松動，甚至斷線，在到達故障位置時，因為干簧管全部斷開，電阻會跳變到上限值，液位信號誤顯示為滿液位，觸發壓縮機停車聯鎖保護。根據某品牌磁性液位計的技術規格要求，為了確保液位計性能長期穩定，建議環境振動不大于５０Ｈｚ，振幅不大于０．５ｍｍ，根據壓縮機的技術資料，一臺螺桿壓縮機運行時標準振動值為７．１ｍｍ／ｓ，每秒的振幅已經遠高于磁翻板液位計的工作要求。因此，該類型的液位計不適合這種工況條件。

 

２．１．２導波雷達液位計

導波雷達液位計是一種基于時間行程原理的測量儀表［１］。探頭發出高頻脈沖（光速）并沿桿式探頭傳播，當脈沖遇到液體表面時反射回來被儀表內的接收器接收，并將距離信號轉換為物位信號，通過變送器轉換成４～２０ｍＡ的標準信號，實現液位信號遠傳監控。測量原理如圖４所示，脈沖波往返的時間等于往返的距離（２倍氣相空間高度）與脈沖波速度的比：

　因此，液位高度就等于設備高度減去氣相空間的高度：Ｌ＝Ｈ－Ｄ。

 

導波雷達液位計發出脈沖波以光速傳輸，不受氣相溫度的影響，具有低維護性，高精度特點。但是雷達也有一定的局限性，由于氣相空間不是真空，氣相介質對于雷達波的能量具有一定的吸收性，使得雷達波到達介質液面的時候能量有一定的衰減，而衰減程度和氣相介電常數有關，氣體的介電常數隨溫度的升高而減小，隨壓力的增大而增大，但影響系數很小，但對于較高壓氣體，介電常數增加就會比較明顯。當液面反射的回波能量又經過氣相介質的吸收，使得雷達的回波能量衰減至接近或低于干擾波的能量時，就會產生虛假液位顯示。分液罐中的氣相為５ＭＰａ的天然氣，對雷達回波的影響還是比較明顯。

另外，在安裝方式的選擇上，導波雷達液位計的原理決定了必須在設備頂部開口安裝。因此，液位計的安裝需要考慮安裝局限性。

 

體積較小的分離器，由于氣體停留時間短，靠重力氣液分離效果不佳，為了避免頂部氣相流動時夾帶液體，通常會在頂部增加一個固定的絲網組件，使得氣體流過時，液體被攔截而留在絲網上，在重力流作用下流至分離器底部，提高分離效果，如圖５所示。

在這種情況下，采用頂部安裝方式的桿式液位計都需要在絲網中開孔，一方面增加了安裝難度；另一方面降低了絲網除沫的效率，因此不建議采取頂部安裝方式。

 

２．１．３ 差壓液位計

差壓液位計是一種基于液位靜壓原理的液位計，差壓法的工作原理如圖６所示［２］。對于開口容器或常壓容器，差壓變送器的低壓側引管可以取消。

根據靜壓原理，壓力差與液位的關系為： ΔＰ ＝Ｐ２－Ｐ１＝ρｇＨ

　　式中，ρ為重力加速度；Ｈ 為液面高度。由于被測介質的密度和重力加速度都是已知的，因 此 ΔＰ∝Ｈ。測量元件將測得的差壓信號經過轉換、放大等處理，轉換成４～２０ｍＡ 的標準信號，實現液位信號遠傳監控。

采用差壓變送器的測量方式，由于沒有可動部件，運行壽命長，維護工作量小，不易受機械振動影響。對于案例中的分離罐，因為是設備側面取壓，能 避 開 除 沫 網，不受安裝條件的限 制。為了避免采取差壓測量時，氣 相 中夾帶的部分液體 在 氣 相 管 中 積 液，使得差壓變送器的低壓側壓力偏高，測量值偏移，增加液位誤差和人工定期排液的維護量。取壓適合采用帶毛細管遠傳隔離密封件的形式，利用柔性的毛細管內填充油的壓力傳導，將罐內的差壓傳導到變送 器 處，如 圖７所 示。隔離遠傳的方式使得差壓變送器不 受 凝 液 影 響，變送器可以安裝在較遠的位置，進一步隔絕振動影響。

 

２．１．４ 三種液位計的比較

經過前面 的 分 析，形成三種液位計的對比，如 表 １所示。

　通過液位計 類 型 比 較，采用帶毛細管遠傳隔離密封

件的差壓變送器測量分離器的液位，可 靠 性 高，維 護 量

少，耐振性好，能滿足使用工況，是zui合適的液位計類型。 

 

２．２ 控制閥門分析

控制閥門直接安裝在管道上，根據調節指標，控制閥桿運動，調節閥門開度。

 

本案例中的壓縮機的一回二調節閥隨壓縮機成套提供，一般會安裝在機組上方的循環線橫管中央位置，位置較高。閥門的故障位為氣開形式。壓縮機和管道的振動會傳遞到高處的 調 節 閥，對閥門的長期工作帶來以下幾個不良影響： 

（１）調節閥受振動損壞。閥門內部結構如圖８所示。

在閥門動作時，由于閥桿的不斷上下動作，會產生一個振動頻率，也就是 系 統 的 自 有 頻 率。當閥門外部振動頻率與系統的自有頻率相接近時，會形成共振，振動能量達到zui大值，長期處于 工 作 狀 態，會不斷產生噪聲，閥 內 件 的連接部件因為高頻振動而松動，嚴重時甚至會發生閥桿振斷，閥芯脫落，而 無 法 正 常 動 作，導致壓縮機的控制失常，帶來安全風險。 

（２）氣源管 脫 落。閥門的氣源支管一般采用不銹鋼管，由于末端與供 氣 總 管 連 接，位 置 相 對 固 定，與 閥 門 連接端因為受到閥門振動，氣源支管會產生慣性擺動現象，對于高振動場合，現象更加明顯。長期運行，氣源管容易因密封不足導致 漏 氣，甚 至 脫 落。由于閥門故障位為故障開，控制閥失氣會導致閥門全開，二級壓縮的出氣大部分回到一級壓縮 機 入 口，壓縮機去下游的出氣量降到zui低，下游停止進天然氣，帶來經濟損失。

 

針對以上后果，可從以下幾個方面考慮解決措施： 

（１）增加固定措施。閥門的振動由氫氣壓縮機產生，為了減輕振動，避免共振，需要固定好壓縮機本體的地腳螺栓，在基座上增加吸振塊，使壓縮機運轉時的位移和加速度均在指標以內。對調節閥門所 在 的 管 道、閥門本體和供氣支管做好支架固定，提高抗振能力，并定期檢查調節閥定位器緊固螺絲。

（２）氣源管的選擇。對于振動場合，為了避免金屬氣源管受振動脫落，選用帶金屬護套的軟管（如聚氨酯管），適合作為振動設備氣源的連接件。由于壓縮機房有火災危險性，因此采用不銹鋼護套提高了氣源管路的耐高溫性。 

 

３結語

通過分析設備振動產生的各種后果，詳 細 研 究 和 對比了相關儀表的選型和安裝方案。通過液位計類型 比較，提出采用帶毛細管遠傳隔離密封件的差壓變送器測量分離器的液位，是zui合適的液位類型。對 于 振 動 設 備上的氣動閥門，氣源管選用帶金屬護套的軟管，同時對管路加強固定，是提高閥門抗振性的有效措施。