現(xian)場(chang)檢查(cha)發現(xian)，某循環(huan)氫壓縮(suo)機入口管線(xian)從入口分(fen)液罐到(dao)催化劑分(fen)離(li)器間管線(xian)及分(fen)離(li)器出口段架空管線(xian)振(zhen)動較大，且(qie)帶動與其相(xiang)連的(de)設備和(he)立柱一起振(zhen)動。為解決此振(zhen)動問題，需進行(xing)管道系統氣流脈動和(he)機械(xie)振(zhen)動控制(zhi)的(de)計(ji)算與研究，以(yi)達到(dao)安全運行(xing)的(de)目的(de)。
1. 氣柱固(gu)有頻(pin)率分析
往復式(shi)壓(ya)縮機的管流速一般都比(bi)(bi)較(jiao)低（(4~20m/s)，與氣(qi)體(ti)的聲速相比(bi)(bi)（空氣(qi)常溫下為340m／s）可(ke)以略去不計，把管內(nei)所含(han)有的氣(qi)體(ti)視(shi)作靜止的，稱為氣(qi)柱(zhu)，氣(qi)流脈動共振現象發(fa)(fa)生在激(ji)發(fa)(fa)頻率與氣(qi)柱(zhu)固(gu)有頻率相重合(he)的時候，所以，欲避開氣(qi)流脈動共振，需確定管系氣(qi)柱(zhu)固(gu)有頻率。
管(guan)系(xi)氣(qi)(qi)柱(zhu)是多(duo)自由度的(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)系(xi)統，它有(you)(you)(you)許(xu)多(duo)階固(gu)(gu)有(you)(you)(you)頻率(lv)。氣(qi)(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)有(you)(you)(you)頻率(lv)取(qu)決于系(xi)統內的(de)(de)介質(zhi)參數以及管(guan)系(xi)尺寸、器(qi)件和管(guan)系(xi)的(de)(de)幾何配置。在壓縮機端，氣(qi)(qi)柱(zhu)受到持久的(de)(de)周期性激(ji)(ji)發作用(yong)。激(ji)(ji)發頻率(lv)也存在著若(ruo)干(gan)階，這些階的(de)(de)激(ji)(ji)發頻率(lv)若(ruo)有(you)(you)(you)一(yi)個與(yu)氣(qi)(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)有(you)(you)(you)頻率(lv)重(zhong)合(he)，就會引起氣(qi)(qi)柱(zhu)共振(zhen)(zhen)。此時(shi)管(guan)流脈動(dong)激(ji)(ji)烈。做(zuo)到任(ren)何一(yi)階都不(bu)重(zhong)合(he)常常會遇(yu)到很大困難，通(tong)常要求避開一(yi)階、二(er)階或更高一(yi)階固(gu)(gu)有(you)(you)(you)頻率(lv)的(de)(de)共振(zhen)(zhen)，以便把脈動(dong)控(kong)制在允許(xu)的(de)(de)范圍(wei)內。工程上(shang)規(gui)定，激(ji)(ji)發頻率(lv)與(yu)氣(qi)(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)有(you)(you)(you)頻率(lv)的(de)(de)比值，若(ruo)在0.8～1.2范圍(wei)內，脈動(dong)都是大的(de)(de)，稱此范圍(wei)為共振(zhen)(zhen)區(qu)。
轉速為333r／min，激(ji)發主(zhu)頻率的(de)共振(zhen)區為8.88～13.32Hz，要(yao)求氣柱固有頻率的(de)前三階應避(bi)開激(ji)發主(zhu)頻率的(de)共振(zhen)區。
計算結(jie)果(guo)表明（過(guo)程略(lve)）：前三階(jie)氣柱固有頻率(lv)分(fen)(fen)別(bie)為2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第(di)二、三階(jie)頻率(lv)落在激發(fa)主頻率(lv)的(de)(de)共振區。要想避(bi)開，必須采取修改管道走向或(huo)加(jia)緩沖(chong)器、孔板等措施。緩沖(chong)器容積(ji)加(jia)大到0.69m3時，前三階(jie)氣柱固有頻率(lv)分(fen)(fen)別(bie)為2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都(dou)避(bi)開了主頻率(lv)的(de)(de)共振區。
2. 氣(qi)流脈(mo)動分析
過大的(de)氣流脈動(dong)會引起管道的(de)機械振動(dong)。消減氣流脈動(dong)的(de)方法(fa)是(shi)比(bi)較多的(de)，可以(yi)根據實際(ji)情(qing)況，按API618標準衡量原管系的(de)壓(ya)力脈動(dong)值是(shi)否(fou)在(zai)允(yun)許范圍內(nei)，并采取(qu)相應措施。
改變緩沖器的(de)(de)容積是最簡單(dan)有(you)效(xiao)的(de)(de)消振措(cuo)施，但容積大(da)小要(yao)合標準，安裝(zhuang)位(wei)置(zhi)要(yao)足夠(gou)靠近(jin)氣缸，才能使后繼管線氣流足夠(gou)平穩，達到API618標準。如(ru)果增設孔(kong)(kong)板(ban)，則孔(kong)(kong)板(ban)計算(suan)要(yao)精確，安裝(zhuang)位(wei)置(zhi)要(yao)恰當(dang)，還應計算(suan)孔(kong)(kong)板(ban)阻力損失，使損失在允許(xu)范圍內。如(ru)果條件允許(xu)，采取適當(dang)改變管徑、增加支管等措(cuo)施也是行之(zhi)有(you)效(xiao)的(de)(de)。
入口管(guan)系壓力(li)脈動(dong)不均(jun)勻(yun)度(du)計算值(zhi)最大點與(yu)API標(biao)準允許(xu)值(zhi)的比較見表(biao)9-18。
計算結果表明：二階主頻下壓力脈動值超過API標準，主要是由于入口緩沖器的容積較小，為0.196m3，而設計計算值為0.69m3。如果修改管系后仍有振動時應加大緩沖器的容積。緩沖器的容積為0.69m3壓力脈動不均勻度計算結果見表9-19。
計(ji)算結果表明：壓力(li)脈(mo)動(dong)值(zhi)均(jun)符合API標準。
3．機(ji)械振動(dong)分析
氣(qi)(qi)流脈動(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)(de)壓力(li)(li)波(bo)動(dong)(dong)(dong)(dong)力(li)(li)與壓縮機運行(xing)時的(de)(de)作用力(li)(li)和慣性力(li)(li)都影響(xiang)著(zhu)管道(dao)(dao)振動(dong)(dong)(dong)(dong)，同時管道(dao)(dao)的(de)(de)布置(zhi)和支承(cheng)情(qing)況也直(zhi)接影響(xiang)著(zhu)管道(dao)(dao)振動(dong)(dong)(dong)(dong)，在脈動(dong)(dong)(dong)(dong)控(kong)制研究中顯(xian)然已(yi)把脈動(dong)(dong)(dong)(dong)值(zhi)控(kong)制在允許范圍內，但如果管道(dao)(dao)的(de)(de)走向不當、支承(cheng)間距不當或(huo)支承(cheng)設計不合(he)理，即使(shi)氣(qi)(qi)流脈動(dong)(dong)(dong)(dong)不大，也同樣會引起(qi)危險的(de)(de)管道(dao)(dao)振動(dong)(dong)(dong)(dong)。
機械系(xi)統有(you)其本身的(de)固有(you)頻率(lv)(lv)，當這(zhe)些(xie)頻率(lv)(lv)的(de)某(mou)一(yi)階或(huo)幾階與(yu)激發頻率(lv)(lv)接近時，會發生機械共振現象(xiang)，此時，管道振動較大。
另外，還應(ying)注意氣柱系統固有頻(pin)率(lv)與機械系統固有頻(pin)率(lv)是否重疊(die)的問題，研究(jiu)工作的任務是使兩者與激發頻(pin)率(lv)在前幾階不重合。
從管(guan)道(dao)振(zhen)動(dong)(dong)的(de)(de)(de)觀(guan)點看(kan)，對管(guan)系施加恰當的(de)(de)(de)約(yue)束可(ke)以調整其機械(xie)固有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)，使機械(xie)固有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)與(yu)激(ji)振(zhen)力頻(pin)(pin)率(lv)不重合，支承(cheng)要有(you)(you)(you)足夠(gou)的(de)(de)(de)剛(gang)性以便控制殘留的(de)(de)(de)激(ji)振(zhen)力所引起的(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)。較低(di)頻(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)模態(tai)是由管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)橫(heng)向振(zhen)動(dong)(dong)組(zu)成的(de)(de)(de)，故在支承(cheng)有(you)(you)(you)足夠(gou)剛(gang)度的(de)(de)(de)基(ji)礎上。在管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)徑(jing)向不應有(you)(you)(you)任何間隙，但應允許管(guan)道(dao)在軸向有(you)(you)(you)位移(yi)的(de)(de)(de)可(ke)能。
在管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)布置(zhi)上(shang)，有集中(zhong)質量（閥、法蘭(lan)）等的(de)(de)(de)(de)(de)部(bu)位應(ying)(ying)注意適當支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)。另外在彎頭、異徑(jing)管(guan)等存在激振(zhen)力的(de)(de)(de)(de)(de)部(bu)位，約束應(ying)(ying)盡量靠近這些地(di)方，即使對于直徑(jing)較(jiao)小(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)管(guan)道(dao)也有避免(mian)長距(ju)離無支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)或(huo)(huo)懸(xuan)吊的(de)(de)(de)(de)(de)情況。在管(guan)道(dao)緩沖器上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)閥或(huo)(huo)儀表(biao)等，也應(ying)(ying)將其支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)在母管(guan)或(huo)(huo)容器上(shang)，目的(de)(de)(de)(de)(de)是為了防止(zhi)這些元件一(yi)起(qi)振(zhen)動時(shi)，形成不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)振(zhen)動而導致(zhi)破壞(huai)應(ying)(ying)力產(chan)生。避免(mian)將分支(zhi)(zhi)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)閥或(huo)(huo)儀表(biao)等支(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)在振(zhen)動物體上(shang)，因為兩者振(zhen)動不(bu)同會產(chan)生附加(jia)動應(ying)(ying)力。
管(guan)(guan)(guan)道跨距對于不(bu)同的(de)(de)管(guan)(guan)(guan)道配(pei)置是不(bu)同的(de)(de)，以保(bao)證每一管(guan)(guan)(guan)道在結構上(shang)具(ju)有合適的(de)(de)局部固有頻(pin)率。為(wei)了(le)增(zeng)加(jia)管(guan)(guan)(guan)卡(ka)的(de)(de)阻尼(ni)，可使用少許可以壓縮(suo)的(de)(de)襯墊(dian)材(cai)料(liao)，如石棉橡(xiang)膠(jiao)等材(cai)料(liao)，確保(bao)管(guan)(guan)(guan)卡(ka)與管(guan)(guan)(guan)道充分接觸，在管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)徑向沒(mei)有任何間隙。
根據(ju)壓縮(suo)機(ji)的(de)轉速，計(ji)算的(de)激發主頻（二階(jie)）為11.1Hz，共振區的(de)頻率范(fan)(fan)圍（0.8～1.2）f為8.88～13.32Hz。設計(ji)的(de)原則(ze)應使壓縮(suo)機(ji)的(de)進出(chu)口(kou)管系(xi)的(de)結構固有頻率至少前三階(jie)避(bi)開激發頻率共振區的(de)頻率范(fan)(fan)圍。
下列數據是對(dui)(dui)壓(ya)縮機入口管系的前十階固有頻(pin)率的計算結果：7.48Hz、16.05Hz、20.14Hz、25.87Hz、26.75Hz、26.87Hz、29.14Hz、29.30Hz、32.13Hz、32.17Hz。通過觀(guan)察(cha)管系的各階振(zhen)(zhen)動(dong)模態(tai)可知(zhi)，在7.48Hz、16.05Hz下的振(zhen)(zhen)動(dong)模態(tai)為架空管線振(zhen)(zhen)動(dong)，與現場觀(guan)察(cha)的振(zhen)(zhen)動(dong)情(qing)況相同，而(er)此幾階頻(pin)率正好落在前三階激(ji)振(zhen)(zhen)頻(pin)率的共振(zhen)(zhen)區內，故應對(dui)(dui)管系的結構進(jin)行(xing)修改。
上述分離器(qi)出口架(jia)空(kong)管(guan)(guan)線(xian)振動的(de)主要原因是用來支承的(de)立柱的(de)剛(gang)(gang)度較低，由于管(guan)(guan)線(xian)較高（EL＋7000），立柱的(de)剛(gang)(gang)度設(she)計很難滿足要求。故必須將此(ci)架(jia)空(kong)管(guan)(guan)線(xian)修改為沿地面(mian)敷設(she)，在地面(mian)設(she)管(guan)(guan)墩支承。
修改后的(de)管(guan)系固有頻(pin)率計算如(ru)下：20.08Hz、24.95Hz、25.49Hz、26.24Hz、26.88Hz、29.30Hz、32.15Hz、32.17Hz、32.18Hz、32.23Hz。
前(qian)幾階頻(pin)率都(dou)完全(quan)避開了激振(zhen)主頻(pin)的共(gong)振(zhen)頻(pin)率區。
4. 推薦(jian)方案要點
通過上述分析可知，循環氫壓縮機入口管線產生振動的主要原因有：用來支承立柱的剛度太小，無法滿足防振的設計要求；入口緩沖器的容積較小，抑制氣體壓力脈動效果差。針對上述情況需進行如下修改：將分液罐出口架空管線改為沿地敷設，標高從6000mm降到500mm左右，豎直管線在適當處增設支架；將入口緩沖器的容積加大至0.69m3（原來為0.196m3，出口緩沖器容積是0.196m3）。
