現場(chang)檢查發現，某(mou)循環氫壓縮機(ji)入口(kou)管線從入口(kou)分液罐(guan)到催化劑分離器間管線及分離器出口(kou)段(duan)架空管線振動較大，且帶動與其相連的(de)設(she)備(bei)和(he)立柱一起振動。為解(jie)決此振動問題，需進(jin)行管道(dao)系統氣流脈動和(he)機(ji)械振動控制的(de)計算(suan)與研究，以達到安全運行的(de)目的(de)。
1. 氣柱固有頻(pin)率分析
往復(fu)式壓縮機的(de)(de)管流速一般(ban)都比(bi)較低(di)（(4~20m/s)，與(yu)氣(qi)(qi)體的(de)(de)聲(sheng)速相(xiang)比(bi)（空氣(qi)(qi)常(chang)溫下為340m／s）可以略去不計(ji)，把管內所含有(you)的(de)(de)氣(qi)(qi)體視作(zuo)靜止的(de)(de)，稱為氣(qi)(qi)柱，氣(qi)(qi)流脈動共(gong)振(zhen)現象(xiang)發生在(zai)激發頻(pin)率與(yu)氣(qi)(qi)柱固(gu)(gu)有(you)頻(pin)率相(xiang)重合的(de)(de)時候，所以，欲避(bi)開氣(qi)(qi)流脈動共(gong)振(zhen)，需確定管系氣(qi)(qi)柱固(gu)(gu)有(you)頻(pin)率。
管系(xi)氣柱(zhu)是(shi)多自(zi)由度的(de)振(zhen)動系(xi)統，它有(you)(you)(you)(you)許(xu)多階(jie)(jie)固(gu)(gu)有(you)(you)(you)(you)頻率(lv)。氣柱(zhu)固(gu)(gu)有(you)(you)(you)(you)頻率(lv)取(qu)決于系(xi)統內的(de)介質參(can)數以及(ji)管系(xi)尺(chi)寸、器件(jian)和管系(xi)的(de)幾何配置。在(zai)壓縮(suo)機端，氣柱(zhu)受到(dao)持久的(de)周期性(xing)激(ji)發(fa)作用。激(ji)發(fa)頻率(lv)也存在(zai)著若(ruo)干(gan)階(jie)(jie)，這些(xie)階(jie)(jie)的(de)激(ji)發(fa)頻率(lv)若(ruo)有(you)(you)(you)(you)一個與氣柱(zhu)固(gu)(gu)有(you)(you)(you)(you)頻率(lv)重合，就會引起氣柱(zhu)共振(zhen)。此時管流(liu)脈動激(ji)烈。做到(dao)任何一階(jie)(jie)都不重合常(chang)常(chang)會遇到(dao)很大困難，通常(chang)要求避開(kai)一階(jie)(jie)、二階(jie)(jie)或更高一階(jie)(jie)固(gu)(gu)有(you)(you)(you)(you)頻率(lv)的(de)共振(zhen)，以便把脈動控制在(zai)允許(xu)的(de)范圍內。工程上規定，激(ji)發(fa)頻率(lv)與氣柱(zhu)固(gu)(gu)有(you)(you)(you)(you)頻率(lv)的(de)比值，若(ruo)在(zai)0.8～1.2范圍內，脈動都是(shi)大的(de)，稱此范圍為(wei)共振(zhen)區。
轉速(su)為333r／min，激(ji)發主頻(pin)率的(de)共(gong)振區(qu)為8.88～13.32Hz，要求氣柱固有頻(pin)率的(de)前三(san)階應避(bi)開激(ji)發主頻(pin)率的(de)共(gong)振區(qu)。
計算(suan)結果表明（過程(cheng)略）：前三(san)(san)階氣柱固(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)分(fen)別為2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第二、三(san)(san)階頻(pin)(pin)率(lv)落在激(ji)發主(zhu)頻(pin)(pin)率(lv)的共振區。要想避(bi)開，必(bi)須采(cai)取修改(gai)管道走向或加緩沖器、孔板等措施(shi)。緩沖器容積加大到0.69m3時，前三(san)(san)階氣柱固(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)分(fen)別為2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都避(bi)開了主(zhu)頻(pin)(pin)率(lv)的共振區。
2. 氣流(liu)脈動分析
過大的(de)氣流脈(mo)動會引(yin)起管(guan)道的(de)機械振動。消減氣流脈(mo)動的(de)方法是比較多的(de)，可以根據實際(ji)情(qing)況，按API618標準(zhun)衡(heng)量原管(guan)系(xi)的(de)壓(ya)力(li)脈(mo)動值是否在允許范(fan)圍內(nei)，并采取相應措施。
改變(bian)緩沖器的(de)容(rong)積是最(zui)簡單有(you)效的(de)消振措施，但容(rong)積大小要(yao)合標準，安(an)裝位置要(yao)足夠靠(kao)近氣(qi)缸，才(cai)能使(shi)后繼管(guan)線氣(qi)流足夠平穩，達到API618標準。如果增設孔板(ban)，則孔板(ban)計(ji)(ji)算要(yao)精(jing)確，安(an)裝位置要(yao)恰當(dang)，還應計(ji)(ji)算孔板(ban)阻力損失，使(shi)損失在允許范(fan)圍(wei)內。如果條件允許，采取適當(dang)改變(bian)管(guan)徑、增加支管(guan)等(deng)措施也是行之有(you)效的(de)。
入口管系(xi)壓力脈動不均勻度計算值最大點與API標準允許值的(de)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(suan)結果(guo)表(biao)明：壓力脈動值(zhi)均(jun)符合(he)API標準。
3．機械振動分析
氣流(liu)脈(mo)(mo)(mo)動(dong)(dong)的(de)壓力(li)(li)(li)波(bo)動(dong)(dong)力(li)(li)(li)與壓縮機運行時的(de)作用力(li)(li)(li)和慣(guan)性力(li)(li)(li)都影響著管道(dao)(dao)(dao)(dao)振動(dong)(dong)，同(tong)時管道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)布(bu)置和支承情(qing)況也(ye)直接影響著管道(dao)(dao)(dao)(dao)振動(dong)(dong)，在脈(mo)(mo)(mo)動(dong)(dong)控制(zhi)研究中顯然(ran)已把脈(mo)(mo)(mo)動(dong)(dong)值控制(zhi)在允(yun)許范圍(wei)內(nei)，但如果管道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)走向不當、支承間距不當或支承設計(ji)不合理，即使氣流(liu)脈(mo)(mo)(mo)動(dong)(dong)不大，也(ye)同(tong)樣(yang)會引起危險的(de)管道(dao)(dao)(dao)(dao)振動(dong)(dong)。
機械系統有(you)其本(ben)身的固(gu)有(you)頻(pin)率，當這些頻(pin)率的某一階(jie)或幾階(jie)與激發頻(pin)率接近時，會發生機械共(gong)振現象，此(ci)時，管道振動較大。
另外，還應注(zhu)意氣柱系統固有頻率與機械系統固有頻率是否重疊(die)的問題，研究(jiu)工作的任務是使兩者(zhe)與激發頻率在前幾階不重合。
從管(guan)道(dao)振(zhen)(zhen)動(dong)的觀(guan)點(dian)看，對(dui)管(guan)系(xi)施加(jia)恰當的約束可(ke)以(yi)調整其機械固有頻率(lv)(lv)(lv)，使機械固有頻率(lv)(lv)(lv)與激振(zhen)(zhen)力頻率(lv)(lv)(lv)不(bu)重合，支承要有足夠的剛(gang)性以(yi)便控制殘留的激振(zhen)(zhen)力所引起(qi)的振(zhen)(zhen)動(dong)。較低頻率(lv)(lv)(lv)的振(zhen)(zhen)動(dong)模(mo)態是由(you)管(guan)道(dao)的橫(heng)向(xiang)(xiang)振(zhen)(zhen)動(dong)組成的，故在支承有足夠剛(gang)度的基礎上。在管(guan)道(dao)的徑向(xiang)(xiang)不(bu)應有任何間隙，但應允許管(guan)道(dao)在軸向(xiang)(xiang)有位移(yi)的可(ke)能。
在(zai)(zai)(zai)(zai)管(guan)道的(de)布置(zhi)上(shang)(shang)，有(you)(you)集(ji)中質(zhi)量（閥(fa)、法蘭）等的(de)部(bu)(bu)位(wei)應(ying)(ying)注意適(shi)當支承(cheng)。另外在(zai)(zai)(zai)(zai)彎頭、異徑管(guan)等存在(zai)(zai)(zai)(zai)激振(zhen)力的(de)部(bu)(bu)位(wei)，約束應(ying)(ying)盡量靠近這些(xie)地方，即使對于直徑較小的(de)管(guan)道也有(you)(you)避免長距離無(wu)支承(cheng)或(huo)懸吊的(de)情況。在(zai)(zai)(zai)(zai)管(guan)道緩沖器(qi)上(shang)(shang)的(de)閥(fa)或(huo)儀表等，也應(ying)(ying)將(jiang)其支承(cheng)在(zai)(zai)(zai)(zai)母管(guan)或(huo)容器(qi)上(shang)(shang)，目(mu)的(de)是(shi)為了防止這些(xie)元件一起振(zhen)動(dong)時，形(xing)成不同的(de)振(zhen)動(dong)而(er)導(dao)致破壞應(ying)(ying)力產(chan)生(sheng)。避免將(jiang)分支上(shang)(shang)的(de)閥(fa)或(huo)儀表等支承(cheng)在(zai)(zai)(zai)(zai)振(zhen)動(dong)物體上(shang)(shang)，因為兩者振(zhen)動(dong)不同會產(chan)生(sheng)附(fu)加動(dong)應(ying)(ying)力。
管道跨(kua)距對于不同(tong)的(de)管道配置是(shi)不同(tong)的(de)，以保證(zheng)每一管道在(zai)結構上具有合適(shi)的(de)局部固有頻率。為了(le)增加管卡(ka)的(de)阻尼，可(ke)使用少許可(ke)以壓縮(suo)的(de)襯墊(dian)材料，如石棉橡膠等(deng)材料，確保管卡(ka)與管道充分接觸，在(zai)管的(de)徑向沒有任何間隙。
根據壓縮機的(de)轉速，計(ji)算的(de)激(ji)發主頻(pin)（二階）為11.1Hz，共振區的(de)頻(pin)率(lv)范圍（0.8～1.2）f為8.88～13.32Hz。設(she)計(ji)的(de)原則(ze)應使壓縮機的(de)進出口(kou)管系的(de)結構固有頻(pin)率(lv)至少(shao)前三階避開激(ji)發頻(pin)率(lv)共振區的(de)頻(pin)率(lv)范圍。
下(xia)(xia)列數據是(shi)對(dui)壓縮機入口管(guan)系(xi)(xi)的(de)前十(shi)階固有頻(pin)率的(de)計算結果：7.48Hz、16.05Hz、20.14Hz、25.87Hz、26.75Hz、26.87Hz、29.14Hz、29.30Hz、32.13Hz、32.17Hz。通過觀察管(guan)系(xi)(xi)的(de)各階振(zhen)動(dong)(dong)模(mo)態(tai)可知，在7.48Hz、16.05Hz下(xia)(xia)的(de)振(zhen)動(dong)(dong)模(mo)態(tai)為架空管(guan)線振(zhen)動(dong)(dong)，與現場(chang)觀察的(de)振(zhen)動(dong)(dong)情況(kuang)相同，而此(ci)幾階頻(pin)率正好(hao)落在前三階激振(zhen)頻(pin)率的(de)共振(zhen)區內，故應對(dui)管(guan)系(xi)(xi)的(de)結構進行修(xiu)改。
上述分離器出口架(jia)空管線(xian)(xian)振動的主要(yao)(yao)原因(yin)是用來支承(cheng)的立(li)柱(zhu)的剛度較低，由(you)于管線(xian)(xian)較高（EL＋7000），立(li)柱(zhu)的剛度設計很難滿足要(yao)(yao)求。故必須將此(ci)架(jia)空管線(xian)(xian)修(xiu)改為沿地(di)面(mian)敷(fu)設，在(zai)地(di)面(mian)設管墩支承(cheng)。
修改后的(de)管系(xi)固有頻率(lv)計(ji)算(suan)如下：20.08Hz、24.95Hz、25.49Hz、26.24Hz、26.88Hz、29.30Hz、32.15Hz、32.17Hz、32.18Hz、32.23Hz。
前幾階(jie)頻(pin)(pin)率都(dou)完全(quan)避開(kai)了激振(zhen)主頻(pin)(pin)的共振(zhen)頻(pin)(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）。
