現(xian)場檢查發現(xian)，某(mou)循環氫(qing)壓(ya)縮機入(ru)口(kou)管線(xian)從入(ru)口(kou)分(fen)液罐到催(cui)化劑分(fen)離(li)器間(jian)管線(xian)及分(fen)離(li)器出口(kou)段架(jia)空管線(xian)振動較大，且(qie)帶動與(yu)其相(xiang)連的設備和立柱(zhu)一起振動。為解決此(ci)振動問題，需進行(xing)管道系統氣流脈動和機械振動控制(zhi)的計算與(yu)研究，以達(da)到安(an)全運行(xing)的目的。
1. 氣柱固有頻率分析(xi)
往復式(shi)壓縮機(ji)的管(guan)流(liu)速一般(ban)都比(bi)較低（(4~20m/s)，與(yu)氣(qi)(qi)(qi)體的聲速相比(bi)（空氣(qi)(qi)(qi)常溫下為340m／s）可以(yi)略去不計，把管(guan)內(nei)所含有的氣(qi)(qi)(qi)體視(shi)作靜止的，稱為氣(qi)(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)，氣(qi)(qi)(qi)流(liu)脈(mo)動共(gong)振(zhen)現象(xiang)發生在激發頻(pin)率與(yu)氣(qi)(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)固有頻(pin)率相重合的時候，所以(yi)，欲避開氣(qi)(qi)(qi)流(liu)脈(mo)動共(gong)振(zhen)，需確定管(guan)系氣(qi)(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)固有頻(pin)率。
管(guan)系氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)是多(duo)自由度的(de)(de)(de)振動(dong)系統，它有(you)許(xu)多(duo)階固(gu)有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)。氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)取決于系統內的(de)(de)(de)介質參數以及管(guan)系尺寸、器件和管(guan)系的(de)(de)(de)幾何(he)配置。在壓縮機端，氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)受到(dao)持久的(de)(de)(de)周期性激(ji)發(fa)作用(yong)。激(ji)發(fa)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)也存(cun)在著若(ruo)干階，這些階的(de)(de)(de)激(ji)發(fa)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)若(ruo)有(you)一個與氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)重合(he)，就(jiu)會引起(qi)氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)共(gong)振。此(ci)時管(guan)流脈(mo)動(dong)激(ji)烈。做到(dao)任何(he)一階都不(bu)重合(he)常(chang)常(chang)會遇到(dao)很大(da)困(kun)難(nan)，通常(chang)要求(qiu)避開一階、二(er)階或(huo)更高一階固(gu)有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)共(gong)振，以便把脈(mo)動(dong)控制在允許(xu)的(de)(de)(de)范(fan)圍內。工程上規定，激(ji)發(fa)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)與氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)比(bi)值，若(ruo)在0.8～1.2范(fan)圍內，脈(mo)動(dong)都是大(da)的(de)(de)(de)，稱此(ci)范(fan)圍為共(gong)振區。
轉速為333r／min，激(ji)發主(zhu)頻(pin)率的共振(zhen)區為8.88～13.32Hz，要求氣(qi)柱固(gu)有頻(pin)率的前三階應避開激(ji)發主(zhu)頻(pin)率的共振(zhen)區。
計(ji)算結果(guo)表明(ming)（過程略）：前三階(jie)(jie)氣柱(zhu)固有頻(pin)率分(fen)別(bie)(bie)為(wei)2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第二、三階(jie)(jie)頻(pin)率落在激(ji)發主(zhu)頻(pin)率的共(gong)振(zhen)區。要想避(bi)開(kai)(kai)，必須采(cai)取修改管道走(zou)向或加緩沖(chong)器(qi)、孔(kong)板等措施。緩沖(chong)器(qi)容積(ji)加大(da)到(dao)0.69m3時，前三階(jie)(jie)氣柱(zhu)固有頻(pin)率分(fen)別(bie)(bie)為(wei)2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都避(bi)開(kai)(kai)了(le)主(zhu)頻(pin)率的共(gong)振(zhen)區。
2. 氣流脈動分析
過大(da)的氣(qi)流(liu)脈(mo)動(dong)會引起管道的機械振動(dong)。消減氣(qi)流(liu)脈(mo)動(dong)的方法是(shi)比較(jiao)多的，可以根據實際情況，按API618標準衡量原管系的壓力脈(mo)動(dong)值是(shi)否在(zai)允(yun)許范圍內，并采取相應措施。
改變(bian)緩沖器的容積是(shi)最簡單有(you)效(xiao)的消振(zhen)措施，但容積大(da)小(xiao)要合標準，安(an)裝位(wei)置要足夠靠近氣缸，才能使后繼管線氣流足夠平(ping)穩，達到API618標準。如果增設孔(kong)板(ban)，則孔(kong)板(ban)計算(suan)要精確，安(an)裝位(wei)置要恰當，還應計算(suan)孔(kong)板(ban)阻力損(sun)(sun)失(shi)，使損(sun)(sun)失(shi)在允(yun)許范圍內。如果條件(jian)允(yun)許，采取適當改變(bian)管徑、增加(jia)支管等措施也(ye)是(shi)行之有(you)效(xiao)的。
入口(kou)管(guan)系壓力脈動不均勻度(du)計算值(zhi)最大點與API標準(zhun)允許值(zhi)的比(bi)較(jiao)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。
計算結果表(biao)明：壓(ya)力脈(mo)動值均符合(he)API標(biao)準(zhun)。
3．機械(xie)振動分析
氣流脈(mo)動(dong)(dong)的(de)壓力(li)波動(dong)(dong)力(li)與壓縮(suo)機(ji)運行時(shi)的(de)作用力(li)和慣性力(li)都影響著管(guan)(guan)道振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)，同時(shi)管(guan)(guan)道的(de)布置和支(zhi)承(cheng)情況也直(zhi)接(jie)影響著管(guan)(guan)道振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)，在(zai)(zai)脈(mo)動(dong)(dong)控制研究中顯然已(yi)把脈(mo)動(dong)(dong)值控制在(zai)(zai)允許范圍內，但(dan)如果管(guan)(guan)道的(de)走(zou)向不當(dang)、支(zhi)承(cheng)間距不當(dang)或支(zhi)承(cheng)設計不合理，即使氣流脈(mo)動(dong)(dong)不大，也同樣會引起危險的(de)管(guan)(guan)道振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)。
機械(xie)系統有(you)其(qi)本身的(de)固有(you)頻率(lv)，當這(zhe)些頻率(lv)的(de)某一階(jie)或幾階(jie)與激(ji)發頻率(lv)接近時(shi)，會發生機械(xie)共振(zhen)現象(xiang)，此時(shi)，管道振(zhen)動較大。
另外，還應注意氣柱系統固有頻(pin)率與(yu)(yu)機(ji)械系統固有頻(pin)率是否重疊的(de)問題，研(yan)究工(gong)作(zuo)的(de)任務是使(shi)兩者與(yu)(yu)激發頻(pin)率在(zai)前(qian)幾階不重合。
從(cong)管(guan)道(dao)振動的(de)(de)(de)觀點看，對(dui)管(guan)系施加恰當的(de)(de)(de)約(yue)束可以調整其機(ji)械固(gu)有(you)(you)頻(pin)率，使機(ji)械固(gu)有(you)(you)頻(pin)率與激(ji)振力頻(pin)率不(bu)重合(he)，支(zhi)承要有(you)(you)足夠(gou)(gou)的(de)(de)(de)剛性以便(bian)控制殘留的(de)(de)(de)激(ji)振力所引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)振動。較低頻(pin)率的(de)(de)(de)振動模態是(shi)由管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)橫向(xiang)振動組成(cheng)的(de)(de)(de)，故(gu)在支(zhi)承有(you)(you)足夠(gou)(gou)剛度(du)的(de)(de)(de)基礎上(shang)。在管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)徑向(xiang)不(bu)應(ying)有(you)(you)任何間隙，但應(ying)允許管(guan)道(dao)在軸向(xiang)有(you)(you)位移的(de)(de)(de)可能。
在(zai)(zai)管(guan)道的(de)(de)(de)布置上(shang)，有(you)集中質量（閥、法蘭(lan)）等的(de)(de)(de)部位應(ying)(ying)注意(yi)適當支(zhi)承(cheng)(cheng)。另外在(zai)(zai)彎(wan)頭、異徑管(guan)等存(cun)在(zai)(zai)激振(zhen)(zhen)力的(de)(de)(de)部位，約束應(ying)(ying)盡量靠(kao)近這(zhe)些(xie)地方(fang)，即(ji)使對(dui)于直徑較小的(de)(de)(de)管(guan)道也有(you)避免長(chang)距離無支(zhi)承(cheng)(cheng)或(huo)懸(xuan)吊的(de)(de)(de)情(qing)況。在(zai)(zai)管(guan)道緩(huan)沖器上(shang)的(de)(de)(de)閥或(huo)儀表等，也應(ying)(ying)將(jiang)其支(zhi)承(cheng)(cheng)在(zai)(zai)母(mu)管(guan)或(huo)容(rong)器上(shang)，目的(de)(de)(de)是為(wei)了防(fang)止這(zhe)些(xie)元(yuan)件一(yi)起振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)時，形成不(bu)同的(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)而導致破壞應(ying)(ying)力產生。避免將(jiang)分(fen)支(zhi)上(shang)的(de)(de)(de)閥或(huo)儀表等支(zhi)承(cheng)(cheng)在(zai)(zai)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)物體上(shang)，因為(wei)兩者振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)不(bu)同會產生附加動(dong)(dong)應(ying)(ying)力。
管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)跨(kua)距對(dui)于不同的(de)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)配置是不同的(de)，以保證每一管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)在結構上具(ju)有(you)合適的(de)局部固(gu)有(you)頻率。為了增加管(guan)(guan)(guan)(guan)卡(ka)的(de)阻尼(ni)，可使用少許可以壓縮的(de)襯墊材(cai)料，如石棉橡膠(jiao)等材(cai)料，確保管(guan)(guan)(guan)(guan)卡(ka)與管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)充分接觸，在管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)徑向沒(mei)有(you)任何(he)間隙。
根據壓縮(suo)機的(de)(de)轉速，計算(suan)的(de)(de)激(ji)發主頻(pin)(pin)（二階(jie)）為(wei)11.1Hz，共(gong)振區的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)范(fan)圍（0.8～1.2）f為(wei)8.88～13.32Hz。設計的(de)(de)原(yuan)則(ze)應使壓縮(suo)機的(de)(de)進(jin)出(chu)口管(guan)系(xi)的(de)(de)結構固有頻(pin)(pin)率(lv)(lv)至(zhi)少(shao)前三階(jie)避開激(ji)發頻(pin)(pin)率(lv)(lv)共(gong)振區的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)范(fan)圍。
下(xia)列數(shu)據(ju)是對壓縮(suo)機入口(kou)管(guan)系(xi)的(de)(de)前(qian)十(shi)階(jie)(jie)(jie)(jie)固有(you)頻率的(de)(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(guo)觀察管(guan)系(xi)的(de)(de)各階(jie)(jie)(jie)(jie)振(zhen)動(dong)(dong)模(mo)態可知，在7.48Hz、16.05Hz下(xia)的(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)模(mo)態為架(jia)空管(guan)線振(zhen)動(dong)(dong)，與現場觀察的(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)情況相同，而此幾階(jie)(jie)(jie)(jie)頻率正好落(luo)在前(qian)三階(jie)(jie)(jie)(jie)激(ji)振(zhen)頻率的(de)(de)共振(zhen)區內，故(gu)應對管(guan)系(xi)的(de)(de)結構進行(xing)修(xiu)改。
上述分離器出口架(jia)空管線(xian)(xian)振動的(de)主(zhu)要原因是用來支承的(de)立柱的(de)剛度(du)較低，由于管線(xian)(xian)較高（EL＋7000），立柱的(de)剛度(du)設(she)(she)計很難滿(man)足要求。故必須將此架(jia)空管線(xian)(xian)修改為沿(yan)地面敷設(she)(she)，在地面設(she)(she)管墩支承。
修(xiu)改后(hou)的管系固有頻率(lv)計算(suan)如(ru)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(kai)了激振主(zhu)頻的共振頻率區。
4. 推(tui)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）。
