現場(chang)檢查發現，某(mou)循環(huan)氫壓縮機入口管(guan)(guan)線從(cong)入口分液罐到催化劑(ji)分離器間管(guan)(guan)線及分離器出口段(duan)架空(kong)管(guan)(guan)線振(zhen)動(dong)(dong)(dong)較(jiao)大(da)，且(qie)帶動(dong)(dong)(dong)與(yu)其(qi)相連(lian)的設備和立柱一起振(zhen)動(dong)(dong)(dong)。為(wei)解決此(ci)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)問題，需進行(xing)管(guan)(guan)道系統(tong)氣流(liu)脈動(dong)(dong)(dong)和機械振(zhen)動(dong)(dong)(dong)控制的計算(suan)與(yu)研究(jiu)，以達到安全運(yun)行(xing)的目的。
1. 氣柱(zhu)固有頻率分(fen)析
往(wang)復式壓縮機(ji)的(de)管(guan)流(liu)速(su)一般(ban)都比較低（(4~20m/s)，與(yu)氣(qi)體的(de)聲速(su)相比（空氣(qi)常溫下為340m／s）可以略去不計，把管(guan)內所含有(you)(you)的(de)氣(qi)體視(shi)作靜止的(de)，稱(cheng)為氣(qi)柱(zhu)，氣(qi)流(liu)脈動共(gong)振(zhen)(zhen)現象(xiang)發(fa)生(sheng)在激發(fa)頻率(lv)與(yu)氣(qi)柱(zhu)固有(you)(you)頻率(lv)相重合的(de)時(shi)候，所以，欲避開氣(qi)流(liu)脈動共(gong)振(zhen)(zhen)，需確定(ding)管(guan)系氣(qi)柱(zhu)固有(you)(you)頻率(lv)。
管(guan)系(xi)氣(qi)柱(zhu)是(shi)多自由度(du)的(de)(de)振動(dong)系(xi)統，它有(you)許(xu)多階(jie)固(gu)(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)。氣(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)取決于系(xi)統內的(de)(de)介質參數以及管(guan)系(xi)尺寸、器件和管(guan)系(xi)的(de)(de)幾何配置。在壓縮機端，氣(qi)柱(zhu)受(shou)到持久的(de)(de)周期性(xing)激(ji)發作用。激(ji)發頻(pin)(pin)率(lv)(lv)也存在著若干階(jie)，這些階(jie)的(de)(de)激(ji)發頻(pin)(pin)率(lv)(lv)若有(you)一個與(yu)氣(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)重合(he)，就會(hui)(hui)引起(qi)氣(qi)柱(zhu)共(gong)振。此時(shi)管(guan)流脈動(dong)激(ji)烈。做(zuo)到任何一階(jie)都不重合(he)常(chang)(chang)常(chang)(chang)會(hui)(hui)遇(yu)到很大(da)困難，通(tong)常(chang)(chang)要求避開一階(jie)、二階(jie)或更高一階(jie)固(gu)(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)共(gong)振，以便把(ba)脈動(dong)控制在允許(xu)的(de)(de)范(fan)圍內。工程上規定，激(ji)發頻(pin)(pin)率(lv)(lv)與(yu)氣(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)比值(zhi)，若在0.8～1.2范(fan)圍內，脈動(dong)都是(shi)大(da)的(de)(de)，稱(cheng)此范(fan)圍為共(gong)振區。
轉速(su)為333r／min，激發主頻(pin)率的共(gong)振(zhen)(zhen)區為8.88～13.32Hz，要求氣柱固有頻(pin)率的前(qian)三階應避開激發主頻(pin)率的共(gong)振(zhen)(zhen)區。
計(ji)算結果表(biao)明（過程略）：前(qian)(qian)三(san)階氣柱固(gu)有頻(pin)率(lv)(lv)分別(bie)為2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第二、三(san)階頻(pin)率(lv)(lv)落在(zai)激發主頻(pin)率(lv)(lv)的(de)共振區。要想(xiang)避開，必須采取修改(gai)管道(dao)走(zou)向(xiang)或加(jia)緩沖(chong)器(qi)、孔板(ban)等措施。緩沖(chong)器(qi)容積加(jia)大到0.69m3時，前(qian)(qian)三(san)階氣柱固(gu)有頻(pin)率(lv)(lv)分別(bie)為2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都避開了主頻(pin)率(lv)(lv)的(de)共振區。
2. 氣流(liu)脈動(dong)分(fen)析
過(guo)大的氣流(liu)脈(mo)動會引起管道(dao)的機械振動。消減氣流(liu)脈(mo)動的方法是比較多的，可(ke)以(yi)根(gen)據實(shi)際情(qing)況，按API618標(biao)準衡量原(yuan)管系的壓力脈(mo)動值是否(fou)在(zai)允許(xu)范圍內，并(bing)采取相應措施(shi)。
改變緩沖器的容(rong)(rong)積(ji)是最簡單(dan)有效(xiao)的消振措施(shi)，但容(rong)(rong)積(ji)大小要(yao)合標準(zhun)(zhun)，安裝位置要(yao)足夠(gou)靠近(jin)氣(qi)(qi)缸，才能使后繼管線氣(qi)(qi)流足夠(gou)平穩，達到API618標準(zhun)(zhun)。如(ru)果增(zeng)設孔(kong)板，則孔(kong)板計算要(yao)精確，安裝位置要(yao)恰(qia)當(dang)，還應計算孔(kong)板阻力損失(shi)，使損失(shi)在(zai)允許(xu)范圍內。如(ru)果條件允許(xu)，采(cai)取適當(dang)改變管徑、增(zeng)加支管等措施(shi)也是行之有效(xiao)的。
入口(kou)管(guan)系壓力脈動(dong)不均勻(yun)度計(ji)算(suan)值(zhi)最大點(dian)與API標準(zhun)允許值(zhi)的比(bi)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。
計算結果表明：壓力脈動(dong)值均符合API標(biao)準(zhun)。
3．機(ji)械振動分析(xi)
氣(qi)流(liu)脈動(dong)的壓力(li)波(bo)動(dong)力(li)與壓縮機運行時的作用力(li)和(he)慣(guan)性力(li)都(dou)影響(xiang)著(zhu)管(guan)(guan)道振(zhen)(zhen)動(dong)，同時管(guan)(guan)道的布(bu)置和(he)支承情況也直接影響(xiang)著(zhu)管(guan)(guan)道振(zhen)(zhen)動(dong)，在脈動(dong)控制研究中顯然(ran)已把(ba)脈動(dong)值控制在允許范(fan)圍(wei)內，但如果(guo)管(guan)(guan)道的走向不(bu)當(dang)、支承間距不(bu)當(dang)或支承設(she)計不(bu)合(he)理，即使(shi)氣(qi)流(liu)脈動(dong)不(bu)大，也同樣會引起危(wei)險的管(guan)(guan)道振(zhen)(zhen)動(dong)。
機械系統有(you)其本身(shen)的(de)固(gu)有(you)頻率(lv)，當這些頻率(lv)的(de)某(mou)一階(jie)或幾階(jie)與激發頻率(lv)接近時(shi)，會發生機械共振(zhen)現象，此時(shi)，管道(dao)振(zhen)動較大。
另(ling)外，還應注(zhu)意氣柱系統固(gu)有頻率與(yu)機械系統固(gu)有頻率是(shi)否(fou)重疊的(de)問題，研究工作的(de)任務(wu)是(shi)使兩者與(yu)激發頻率在(zai)前(qian)幾階不重合(he)。
從管(guan)道(dao)(dao)振動的(de)觀點看，對管(guan)系施加恰(qia)當的(de)約束可(ke)以(yi)調整其機(ji)械(xie)固有(you)頻率(lv)，使(shi)機(ji)械(xie)固有(you)頻率(lv)與激(ji)(ji)振力頻率(lv)不重合，支承要有(you)足(zu)夠(gou)的(de)剛性以(yi)便(bian)控制殘(can)留的(de)激(ji)(ji)振力所引起的(de)振動。較低頻率(lv)的(de)振動模(mo)態(tai)是由(you)管(guan)道(dao)(dao)的(de)橫向(xiang)振動組成的(de)，故在(zai)支承有(you)足(zu)夠(gou)剛度(du)的(de)基礎上。在(zai)管(guan)道(dao)(dao)的(de)徑向(xiang)不應有(you)任何間隙，但(dan)應允許管(guan)道(dao)(dao)在(zai)軸向(xiang)有(you)位(wei)移的(de)可(ke)能(neng)。
在(zai)管(guan)(guan)道的(de)(de)(de)(de)(de)布(bu)置(zhi)上，有集中質量（閥、法蘭(lan)）等(deng)(deng)的(de)(de)(de)(de)(de)部(bu)位應(ying)(ying)注意適當支(zhi)承。另外(wai)在(zai)彎頭、異徑管(guan)(guan)等(deng)(deng)存在(zai)激振(zhen)力的(de)(de)(de)(de)(de)部(bu)位，約束應(ying)(ying)盡量靠(kao)近這(zhe)些地方，即使對于直徑較小的(de)(de)(de)(de)(de)管(guan)(guan)道也有避免(mian)長距離無支(zhi)承或(huo)懸(xuan)吊(diao)的(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)況。在(zai)管(guan)(guan)道緩沖(chong)器上的(de)(de)(de)(de)(de)閥或(huo)儀表等(deng)(deng)，也應(ying)(ying)將其支(zhi)承在(zai)母管(guan)(guan)或(huo)容器上，目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)為(wei)了防止這(zhe)些元(yuan)件一起振(zhen)動(dong)(dong)時(shi)，形成不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)而導致(zhi)破壞應(ying)(ying)力產生。避免(mian)將分支(zhi)上的(de)(de)(de)(de)(de)閥或(huo)儀表等(deng)(deng)支(zhi)承在(zai)振(zhen)動(dong)(dong)物體(ti)上，因為(wei)兩者振(zhen)動(dong)(dong)不(bu)同會產生附加動(dong)(dong)應(ying)(ying)力。
管(guan)(guan)道(dao)跨距對于不同的(de)管(guan)(guan)道(dao)配(pei)置是不同的(de)，以(yi)(yi)保證每一管(guan)(guan)道(dao)在結構(gou)上具有(you)合適(shi)的(de)局部(bu)固(gu)有(you)頻率。為了(le)增加(jia)管(guan)(guan)卡(ka)的(de)阻尼，可使用少許(xu)可以(yi)(yi)壓(ya)縮的(de)襯墊材(cai)料(liao)，如石棉(mian)橡(xiang)膠(jiao)等材(cai)料(liao)，確保管(guan)(guan)卡(ka)與管(guan)(guan)道(dao)充分接觸，在管(guan)(guan)的(de)徑向沒(mei)有(you)任何(he)間隙。
根據(ju)壓縮機的(de)轉(zhuan)速，計(ji)算的(de)激發(fa)主頻（二(er)階）為(wei)11.1Hz，共振區的(de)頻率(lv)(lv)(lv)范圍(wei)（0.8～1.2）f為(wei)8.88～13.32Hz。設計(ji)的(de)原(yuan)則應使壓縮機的(de)進(jin)出口管(guan)系的(de)結構固(gu)有頻率(lv)(lv)(lv)至少前三階避(bi)開激發(fa)頻率(lv)(lv)(lv)共振區的(de)頻率(lv)(lv)(lv)范圍(wei)。
下(xia)列數據(ju)是對壓縮機(ji)入口管(guan)(guan)系(xi)的(de)(de)前(qian)十階固有頻率的(de)(de)計算(suan)結(jie)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)察管(guan)(guan)系(xi)的(de)(de)各階振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)模態(tai)可知，在(zai)7.48Hz、16.05Hz下(xia)的(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)模態(tai)為架空管(guan)(guan)線(xian)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)，與現場觀(guan)察的(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)情況相同，而此幾階頻率正好落(luo)在(zai)前(qian)三階激(ji)振(zhen)(zhen)頻率的(de)(de)共(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)內，故(gu)應對管(guan)(guan)系(xi)的(de)(de)結(jie)構進行修改。
上述分(fen)離器出(chu)口架空(kong)管(guan)線振動的(de)主要原因是用(yong)來支承的(de)立(li)柱的(de)剛(gang)度較低，由于(yu)管(guan)線較高（EL＋7000），立(li)柱的(de)剛(gang)度設(she)(she)計很難滿足要求。故必須將此架空(kong)管(guan)線修改為沿地面敷(fu)設(she)(she)，在地面設(she)(she)管(guan)墩(dun)支承。
修改后(hou)的管系固有頻率計算如下：20.08Hz、24.95Hz、25.49Hz、26.24Hz、26.88Hz、29.30Hz、32.15Hz、32.17Hz、32.18Hz、32.23Hz。
前幾階頻(pin)率都完全避開了激振(zhen)主頻(pin)的共(gong)振(zhen)頻(pin)率區。
4. 推(tui)薦方案(an)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）。
