現場檢查發(fa)現，某循環氫壓縮機入(ru)口管線(xian)從(cong)入(ru)口分液罐到催(cui)化劑分離器(qi)間(jian)管線(xian)及(ji)分離器(qi)出口段(duan)架空管線(xian)振(zhen)(zhen)動(dong)較大，且帶動(dong)與(yu)其(qi)相連的設備和(he)立柱一起振(zhen)(zhen)動(dong)。為解決此振(zhen)(zhen)動(dong)問題，需進(jin)行管道系統氣流脈動(dong)和(he)機械振(zhen)(zhen)動(dong)控(kong)制的計算(suan)與(yu)研究，以達到安全運(yun)行的目的。
1. 氣柱固有頻(pin)率(lv)分析
往復式(shi)壓縮機的管(guan)流速一(yi)般(ban)都比(bi)較低(di)（(4~20m/s)，與氣(qi)(qi)(qi)(qi)體的聲速相(xiang)比(bi)（空氣(qi)(qi)(qi)(qi)常溫下為(wei)(wei)340m／s）可以(yi)略(lve)去(qu)不計，把管(guan)內所含有的氣(qi)(qi)(qi)(qi)體視作靜止的，稱為(wei)(wei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)柱，氣(qi)(qi)(qi)(qi)流脈動(dong)(dong)共振(zhen)現象發生在激發頻率與氣(qi)(qi)(qi)(qi)柱固有頻率相(xiang)重合的時候，所以(yi)，欲避開氣(qi)(qi)(qi)(qi)流脈動(dong)(dong)共振(zhen)，需確定(ding)管(guan)系氣(qi)(qi)(qi)(qi)柱固有頻率。
管系氣柱是多自由度的(de)(de)振動系統，它有(you)(you)許(xu)多階(jie)(jie)(jie)固(gu)有(you)(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)。氣柱固(gu)有(you)(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)取決于(yu)系統內的(de)(de)介質參數(shu)以及(ji)管系尺寸(cun)、器件(jian)和(he)管系的(de)(de)幾何配置。在(zai)壓(ya)縮機(ji)端，氣柱受到持久(jiu)的(de)(de)周期性激(ji)發(fa)作用。激(ji)發(fa)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)也(ye)存在(zai)著若(ruo)干階(jie)(jie)(jie)，這些階(jie)(jie)(jie)的(de)(de)激(ji)發(fa)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)若(ruo)有(you)(you)一個(ge)與氣柱固(gu)有(you)(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)重合，就(jiu)會引起氣柱共(gong)(gong)振。此(ci)時管流脈(mo)動激(ji)烈。做到任(ren)何一階(jie)(jie)(jie)都不重合常(chang)常(chang)會遇到很(hen)大困難，通(tong)常(chang)要求避開一階(jie)(jie)(jie)、二階(jie)(jie)(jie)或更(geng)高一階(jie)(jie)(jie)固(gu)有(you)(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)的(de)(de)共(gong)(gong)振，以便把脈(mo)動控制在(zai)允許(xu)的(de)(de)范(fan)圍(wei)內。工程上規定，激(ji)發(fa)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)與氣柱固(gu)有(you)(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)的(de)(de)比值，若(ruo)在(zai)0.8～1.2范(fan)圍(wei)內，脈(mo)動都是大的(de)(de)，稱(cheng)此(ci)范(fan)圍(wei)為共(gong)(gong)振區。
轉速為333r／min，激發主頻率(lv)的(de)(de)共振區(qu)為8.88～13.32Hz，要求氣柱固(gu)有(you)頻率(lv)的(de)(de)前三階應避開激發主頻率(lv)的(de)(de)共振區(qu)。
計(ji)算結果表明（過(guo)程(cheng)略）：前三(san)(san)階(jie)(jie)氣柱(zhu)固有(you)頻率(lv)分(fen)別為2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第二、三(san)(san)階(jie)(jie)頻率(lv)落在(zai)激發主(zhu)(zhu)頻率(lv)的共振區(qu)。要想避開，必須采取修(xiu)改管(guan)道走(zou)向或加(jia)緩沖器(qi)、孔板等措施。緩沖器(qi)容(rong)積加(jia)大(da)到0.69m3時，前三(san)(san)階(jie)(jie)氣柱(zhu)固有(you)頻率(lv)分(fen)別為2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都避開了主(zhu)(zhu)頻率(lv)的共振區(qu)。
2. 氣流脈動分析
過大的(de)氣流(liu)脈動會引起管(guan)道的(de)機械振動。消減氣流(liu)脈動的(de)方法是比較(jiao)多的(de)，可以根據實際情況，按API618標準衡量原管(guan)系的(de)壓力(li)脈動值是否在允許范(fan)圍內，并采取相應(ying)措(cuo)施(shi)。
改變緩沖(chong)器的容(rong)積是(shi)最簡單有(you)效的消振措施(shi)，但容(rong)積大小要合(he)標(biao)準，安(an)裝位(wei)置(zhi)(zhi)要足(zu)夠靠近氣(qi)缸，才能使后繼管線氣(qi)流足(zu)夠平(ping)穩，達到API618標(biao)準。如果增(zeng)(zeng)設(she)孔(kong)板(ban)(ban)，則(ze)孔(kong)板(ban)(ban)計算要精確，安(an)裝位(wei)置(zhi)(zhi)要恰當，還應(ying)計算孔(kong)板(ban)(ban)阻力損(sun)失，使損(sun)失在允(yun)許范圍內(nei)。如果條件允(yun)許，采取(qu)適當改變管徑、增(zeng)(zeng)加支管等措施(shi)也(ye)是(shi)行之(zhi)有(you)效的。
入口(kou)管(guan)系(xi)壓力(li)脈動不均(jun)勻度計算值最大(da)點(dian)與API標準允許值的(de)比較見表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。
計算結(jie)果表明：壓力脈動值(zhi)均符合(he)API標準。
3．機械振動分析
氣(qi)流脈(mo)動(dong)的(de)壓力(li)波動(dong)力(li)與(yu)壓縮機運行時的(de)作用力(li)和(he)慣性力(li)都影(ying)響(xiang)(xiang)著(zhu)(zhu)管道(dao)(dao)振(zhen)動(dong)，同時管道(dao)(dao)的(de)布置和(he)支承(cheng)情(qing)況也直(zhi)接影(ying)響(xiang)(xiang)著(zhu)(zhu)管道(dao)(dao)振(zhen)動(dong)，在(zai)脈(mo)動(dong)控制研究中顯然已(yi)把(ba)脈(mo)動(dong)值(zhi)控制在(zai)允許(xu)范圍(wei)內，但如果管道(dao)(dao)的(de)走向不(bu)當(dang)、支承(cheng)間距不(bu)當(dang)或(huo)支承(cheng)設計不(bu)合理，即使(shi)氣(qi)流脈(mo)動(dong)不(bu)大，也同樣(yang)會引起(qi)危險的(de)管道(dao)(dao)振(zhen)動(dong)。
機械(xie)系統有(you)(you)其本身的固有(you)(you)頻率，當(dang)這(zhe)些(xie)頻率的某(mou)一階或幾階與激發頻率接近時，會發生機械(xie)共振(zhen)現象，此(ci)時，管道(dao)振(zhen)動(dong)較大。
另外，還應注(zhu)意氣柱系(xi)統(tong)固有(you)頻率與機械(xie)系(xi)統(tong)固有(you)頻率是否重疊的問題，研究工作(zuo)的任務是使兩(liang)者與激發頻率在前幾階(jie)不(bu)重合。
從(cong)管道振(zhen)動(dong)的(de)(de)觀點看，對管系施(shi)加恰(qia)當的(de)(de)約束可以調整其機械(xie)固(gu)有頻率，使機械(xie)固(gu)有頻率與(yu)激(ji)振(zhen)力(li)(li)頻率不重合，支承要(yao)有足(zu)(zu)夠的(de)(de)剛性以便控制(zhi)殘留的(de)(de)激(ji)振(zhen)力(li)(li)所引起的(de)(de)振(zhen)動(dong)。較(jiao)低頻率的(de)(de)振(zhen)動(dong)模態是由管道的(de)(de)橫向(xiang)振(zhen)動(dong)組(zu)成(cheng)的(de)(de)，故在(zai)(zai)支承有足(zu)(zu)夠剛度的(de)(de)基礎上。在(zai)(zai)管道的(de)(de)徑向(xiang)不應有任何間(jian)隙，但(dan)應允許管道在(zai)(zai)軸向(xiang)有位移的(de)(de)可能(neng)。
在管(guan)(guan)(guan)道(dao)的(de)布(bu)置(zhi)上(shang)(shang)，有(you)集中質量(liang)（閥(fa)、法蘭）等的(de)部位應(ying)注意適(shi)當支(zhi)承(cheng)。另外在彎(wan)頭、異(yi)徑管(guan)(guan)(guan)等存在激振(zhen)力(li)的(de)部位，約束應(ying)盡量(liang)靠近這些地方，即使對于(yu)直徑較小的(de)管(guan)(guan)(guan)道(dao)也(ye)有(you)避免(mian)(mian)長距(ju)離無(wu)支(zhi)承(cheng)或(huo)懸吊(diao)的(de)情況。在管(guan)(guan)(guan)道(dao)緩沖器上(shang)(shang)的(de)閥(fa)或(huo)儀(yi)(yi)表等，也(ye)應(ying)將其(qi)支(zhi)承(cheng)在母管(guan)(guan)(guan)或(huo)容器上(shang)(shang)，目的(de)是為(wei)了防(fang)止這些元件一起振(zhen)動(dong)(dong)時，形成不同的(de)振(zhen)動(dong)(dong)而(er)導致破壞應(ying)力(li)產生。避免(mian)(mian)將分支(zhi)上(shang)(shang)的(de)閥(fa)或(huo)儀(yi)(yi)表等支(zhi)承(cheng)在振(zhen)動(dong)(dong)物體上(shang)(shang)，因為(wei)兩者振(zhen)動(dong)(dong)不同會產生附加動(dong)(dong)應(ying)力(li)。
管(guan)道(dao)跨距(ju)對(dui)于不(bu)(bu)同的管(guan)道(dao)配置是不(bu)(bu)同的，以(yi)(yi)保證每一管(guan)道(dao)在結構上(shang)具有(you)合適的局(ju)部固有(you)頻率。為了(le)增加管(guan)卡的阻尼，可(ke)使(shi)用少許可(ke)以(yi)(yi)壓縮的襯墊材料，如石(shi)棉橡膠等材料，確保管(guan)卡與管(guan)道(dao)充分接觸，在管(guan)的徑向沒有(you)任何間隙。
根據(ju)壓(ya)縮(suo)機的(de)(de)(de)(de)轉速(su)，計算(suan)的(de)(de)(de)(de)激發(fa)主頻(pin)（二階(jie)）為11.1Hz，共振區的(de)(de)(de)(de)頻(pin)率(lv)范(fan)圍（0.8～1.2）f為8.88～13.32Hz。設(she)計的(de)(de)(de)(de)原則應使壓(ya)縮(suo)機的(de)(de)(de)(de)進出口管系(xi)的(de)(de)(de)(de)結構固有頻(pin)率(lv)至少前三階(jie)避開(kai)激發(fa)頻(pin)率(lv)共振區的(de)(de)(de)(de)頻(pin)率(lv)范(fan)圍。
下(xia)(xia)列數據是對壓縮(suo)機入口(kou)管(guan)(guan)系的(de)(de)前十階(jie)固有頻率(lv)的(de)(de)計算結(jie)果：7.48Hz、16.05Hz、20.14Hz、25.87Hz、26.75Hz、26.87Hz、29.14Hz、29.30Hz、32.13Hz、32.17Hz。通(tong)過觀察管(guan)(guan)系的(de)(de)各階(jie)振(zhen)動模(mo)態可知，在7.48Hz、16.05Hz下(xia)(xia)的(de)(de)振(zhen)動模(mo)態為架(jia)空管(guan)(guan)線振(zhen)動，與現場觀察的(de)(de)振(zhen)動情況相同，而此(ci)幾(ji)階(jie)頻率(lv)正好落在前三階(jie)激(ji)振(zhen)頻率(lv)的(de)(de)共(gong)振(zhen)區內(nei)，故應對管(guan)(guan)系的(de)(de)結(jie)構進行修改。
上述(shu)分離器出口架空(kong)管(guan)線振(zhen)動的(de)主要(yao)原(yuan)因是用來支承(cheng)的(de)立柱的(de)剛度(du)較低，由于(yu)管(guan)線較高（EL＋7000），立柱的(de)剛度(du)設計(ji)很難滿足要(yao)求(qiu)。故必須將此架空(kong)管(guan)線修(xiu)改為(wei)沿地面(mian)(mian)敷設，在地面(mian)(mian)設管(guan)墩(dun)支承(cheng)。
修改后(hou)的管系(xi)固有頻率計算如下：20.08Hz、24.95Hz、25.49Hz、26.24Hz、26.88Hz、29.30Hz、32.15Hz、32.17Hz、32.18Hz、32.23Hz。
前幾階頻率都完全避開了激振主頻的共振頻率區(qu)。
4. 推薦方(fang)案要(yao)點(dian)
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）。
