０引言

压缩机是将低压气体提升为高压气体的一种动力设备，运行时会产生高频振动，容易对机组的附属检测仪表和控制阀门产生很大干扰，进而影响压缩机的控制和安全联锁，造成压缩机的不稳定运行，甚至停车。除此以外，还会造成压缩机的上下游（低压侧和高压侧）的压力大幅度波动，对装置的平稳运行产生较严重的影响。因此，采取合理的防振措施，减轻仪表受高振动设备运行干扰的影响，是压缩机稳定运行的关键。

 

１压缩机的周边仪表说明

一套典型的用于天然气装置的二级螺杆式原料压缩机流程如图１所示。

经过调压、杂质预处理的１．４ＭＰａ（Ｇ）的天然气和ＬＮＧ储罐的一部分闪蒸气（ＢＯＧ）混合后，经过压缩机的一级进气缓冲罐缓冲后，进入一级压缩机气缸，经一级压缩后排至一级出气缓冲罐，然后经一级冷却器冷却后，通过一级分离器将气相和凝液分离。从一级分离器分离出的天然气经过二级进气缓冲罐缓冲后，进入二级压缩机气缸，经二级压缩后排至二级出气缓冲罐，再经二级冷却器、二级分离器后，将加压后的５．０ＭＰａ（Ｇ）的天然气，送往天然气液化冷箱，生成液化天然气。

在压缩机周边有几个关键仪表：

（１）在原料压缩机的气体入口和气体出口的旁路线上设置的二级压缩返回一级压缩的气动调节阀，用来调节压缩气量，阀门故障位为气关。

　（２）在压缩机一、二级分离器设置的液位变送器。压缩机的一、二级分离器用来将压缩机一、二级的天然气进行气液分离，避免气相中的水分夹带进压缩机的螺杆轴承。液体进入轴承，会引起机组液击，产生不正常振动，增加噪声，机组不正常的振动会使得轴承、转子受力过大，寿命缩短，严重会导致时螺杆受损，压缩机停车。因此，分离器的分液效果直接影响了压缩机的运行可靠性。在控制系统中设置有压缩机一、二级分离器的分液液位高限联锁停压缩机的联锁保护，避免分离器由于排液效果不佳，液体满溢进压缩机。如果液位测量失真，没有起到保护作用，引起机组液击，如果误触发联锁停机保护，压缩机误停车，会使得下游的冷箱进气中断，ＬＮＧ储罐内的过量闪蒸气无法被循环回冷箱液化回收，直接去火炬系统燃烧排放，增加了产品的消耗和碳排放，造成不小的经济损失。因此，分离器液位检测可靠性要求比较高。

 

二级压缩返回一级压缩的气动调节阀门故障位为故障开，如果阀门恢复故障位，会导致阀门全开，二级压缩的出气大部分回到一级压缩机入口，压缩机去下游的出气量降到zui低，下游停止进天然气，带来和上述压缩机的停机一样的经济损失。

 

２压缩机相关仪表分析

２．１液位仪表分析

压缩机分离器设备条件参数：１０００ｍｍ×１５００ｍｍ，材质为不锈钢正常操作压力５．０ＭＰａ，正常操作温度５０℃。液相为水，气相为天然气。测量小型液罐的液位zui常用的液位计类型有磁性翻板液位计、雷达液位计、差压液位计三种形式，下面对三种液位计类型做对比分析，来确定zui适合该工况的液位计类型。

 

２．１．１磁性液位计

磁性液位计是一种zui常用的液位计类型，在各种液位测量场合得到广泛的应用。它的结构如图２所示。磁翻板液位计的原理是浮力原理和磁性耦合作用。当被测容器中的液位升降时，液位计本体管中的磁性浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器，驱动红、白翻柱翻转１８０°，当液位上升时翻柱由白色转变为红色，当液位下降时翻柱由红色转变为白色，指示器的红白交界处为容器内部液位的实际高度，从而实现液位清晰的指示。

 

变送杆内的干簧管元件通过磁耦合的作用，将液位位置转化为电阻阻值变化，通过变送器转换成４～２０ｍＡ的标准信号，实现液位信号远传监控。

 

磁翻板液位计具有检测原理简单、就地显示的直读式特点。目前磁翻板产品可以做到１０ＭＰａ的耐压能力，已经可以用于大部分的低中压场合。

 

磁翻板液位计虽然结构简单，但是浮球和腔体间隙小，浮子升降时容易卡堵，因此该液位计不适合用于含颗粒或者黏度较高的介质。液位计虽然测量原理简单，但是测量杆内的干簧管传感器由多个干簧管元件连接组成，单个元件的故障就会引起传感器失效，整体可靠性较低。干簧管传感器的原理见图３，随着磁浮子位置的变化，磁场作用范围内的干簧管元件根据磁耦合作用改变了开关的状态（闭合），其他干簧管处于开路状态，从而改变干簧管相连的电阻组件的电阻值。假设Ｒ０～Ｒｎ的每个电阻的电阻值为ｋ，每段干簧管之间的距离为ｓ，可推得从底部往上的第ｗ段的干簧管闭合对应的电阻值Ｒｗ：

　对应的液位高度ｍ＝（ｗ－１）ｓ，得

 

因此，电阻组件的电阻值和液位值是等比例的，当组件内电阻或干簧管线路出现接触不良、短路、断路等故障时，都会引起电阻值的变化，出现液位显示不正确的故障。由于磁性液位计的法兰与分液罐相连，受振动影响，远传测杆内的干簧管线路容易松动，甚至断线，在到达故障位置时，因为干簧管全部断开，电阻会跳变到上限值，液位信号误显示为满液位，触发压缩机停车联锁保护。根据某品牌磁性液位计的技术规格要求，为了确保液位计性能长期稳定，建议环境振动不大于５０Ｈｚ，振幅不大于０．５ｍｍ，根据压缩机的技术资料，一台螺杆压缩机运行时标准振动值为７．１ｍｍ／ｓ，每秒的振幅已经远高于磁翻板液位计的工作要求。因此，该类型的液位计不适合这种工况条件。

 

２．１．２导波雷达液位计

导波雷达液位计是一种基于时间行程原理的测量仪表［１］。探头发出高频脉冲（光速）并沿杆式探头传播，当脉冲遇到液体表面时反射回来被仪表内的接收器接收，并将距离信号转换为物位信号，通过变送器转换成４～２０ｍＡ的标准信号，实现液位信号远传监控。测量原理如图４所示，脉冲波往返的时间等于往返的距离（２倍气相空间高度）与脉冲波速度的比：

　因此，液位高度就等于设备高度减去气相空间的高度：Ｌ＝Ｈ－Ｄ。

 

导波雷达液位计发出脉冲波以光速传输，不受气相温度的影响，具有低维护性，高精度特点。但是雷达也有一定的局限性，由于气相空间不是真空，气相介质对于雷达波的能量具有一定的吸收性，使得雷达波到达介质液面的时候能量有一定的衰减，而衰减程度和气相介电常数有关，气体的介电常数随温度的升高而减小，随压力的增大而增大，但影响系数很小，但对于较高压气体，介电常数增加就会比较明显。当液面反射的回波能量又经过气相介质的吸收，使得雷达的回波能量衰减至接近或低于干扰波的能量时，就会产生虚假液位显示。分液罐中的气相为５ＭＰａ的天然气，对雷达回波的影响还是比较明显。

另外，在安装方式的选择上，导波雷达液位计的原理决定了必须在设备顶部开口安装。因此，液位计的安装需要考虑安装局限性。

 

体积较小的分离器，由于气体停留时间短，靠重力气液分离效果不佳，为了避免顶部气相流动时夹带液体，通常会在顶部增加一个固定的丝网组件，使得气体流过时，液体被拦截而留在丝网上，在重力流作用下流至分离器底部，提高分离效果，如图５所示。

在这种情况下，采用顶部安装方式的杆式液位计都需要在丝网中开孔，一方面增加了安装难度；另一方面降低了丝网除沫的效率，因此不建议采取顶部安装方式。

 

２．１．３ 差压液位计

差压液位计是一种基于液位静压原理的液位计，差压法的工作原理如图６所示［２］。对于开口容器或常压容器，差压变送器的低压侧引管可以取消。

根据静压原理，压力差与液位的关系为： ΔＰ ＝Ｐ２－Ｐ１＝ρｇＨ

　　式中，ρ为重力加速度；Ｈ 为液面高度。由于被测介质的密度和重力加速度都是已知的，因 此 ΔＰ∝Ｈ。测量元件将测得的差压信号经过转换、放大等处理，转换成４～２０ｍＡ 的标准信号，实现液位信号远传监控。

采用差压变送器的测量方式，由于没有可动部件，运行寿命长，维护工作量小，不易受机械振动影响。对于案例中的分离罐，因为是设备侧面取压，能 避 开 除 沫 网，不受安装条件的限 制。为了避免采取差压测量时，气 相 中夹带的部分液体 在 气 相 管 中 积 液，使得差压变送器的低压侧压力偏高，测量值偏移，增加液位误差和人工定期排液的维护量。取压适合采用带毛细管远传隔离密封件的形式，利用柔性的毛细管内填充油的压力传导，将罐内的差压传导到变送 器 处，如 图７所 示。隔离远传的方式使得差压变送器不 受 凝 液 影 响，变送器可以安装在较远的位置，进一步隔绝振动影响。

 

２．１．４ 三种液位计的比较

经过前面 的 分 析，形成三种液位计的对比，如 表 １所示。

　通过液位计 类 型 比 较，采用带毛细管远传隔离密封

件的差压变送器测量分离器的液位，可 靠 性 高，维 护 量

少，耐振性好，能满足使用工况，是zui合适的液位计类型。 

 

２．２ 控制阀门分析

控制阀门直接安装在管道上，根据调节指标，控制阀杆运动，调节阀门开度。

 

本案例中的压缩机的一回二调节阀随压缩机成套提供，一般会安装在机组上方的循环线横管中央位置，位置较高。阀门的故障位为气开形式。压缩机和管道的振动会传递到高处的 调 节 阀，对阀门的长期工作带来以下几个不良影响： 

（１）调节阀受振动损坏。阀门内部结构如图８所示。

在阀门动作时，由于阀杆的不断上下动作，会产生一个振动频率，也就是 系 统 的 自 有 频 率。当阀门外部振动频率与系统的自有频率相接近时，会形成共振，振动能量达到zui大值，长期处于 工 作 状 态，会不断产生噪声，阀 内 件 的连接部件因为高频振动而松动，严重时甚至会发生阀杆振断，阀芯脱落，而 无 法 正 常 动 作，导致压缩机的控制失常，带来安全风险。 

（２）气源管 脱 落。阀门的气源支管一般采用不锈钢管，由于末端与供 气 总 管 连 接，位 置 相 对 固 定，与 阀 门 连接端因为受到阀门振动，气源支管会产生惯性摆动现象，对于高振动场合，现象更加明显。长期运行，气源管容易因密封不足导致 漏 气，甚 至 脱 落。由于阀门故障位为故障开，控制阀失气会导致阀门全开，二级压缩的出气大部分回到一级压缩 机 入 口，压缩机去下游的出气量降到zui低，下游停止进天然气，带来经济损失。

 

针对以上后果，可从以下几个方面考虑解决措施： 

（１）增加固定措施。阀门的振动由氢气压缩机产生，为了减轻振动，避免共振，需要固定好压缩机本体的地脚螺栓，在基座上增加吸振块，使压缩机运转时的位移和加速度均在指标以内。对调节阀门所 在 的 管 道、阀门本体和供气支管做好支架固定，提高抗振能力，并定期检查调节阀定位器紧固螺丝。

（２）气源管的选择。对于振动场合，为了避免金属气源管受振动脱落，选用带金属护套的软管（如聚氨酯管），适合作为振动设备气源的连接件。由于压缩机房有火灾危险性，因此采用不锈钢护套提高了气源管路的耐高温性。 

 

３结语

通过分析设备振动产生的各种后果，详 细 研 究 和 对比了相关仪表的选型和安装方案。通过液位计类型 比较，提出采用带毛细管远传隔离密封件的差压变送器测量分离器的液位，是zui合适的液位类型。对 于 振 动 设 备上的气动阀门，气源管选用带金属护套的软管，同时对管路加强固定，是提高阀门抗振性的有效措施。