現場檢查(cha)發(fa)現，某循環氫壓縮機入(ru)口管線從入(ru)口分液(ye)罐到(dao)催(cui)化(hua)劑(ji)分離器(qi)間管線及分離器(qi)出口段架空管線振動(dong)(dong)較大，且帶(dai)動(dong)(dong)與其相(xiang)連的設備和立柱一起振動(dong)(dong)。為解決此振動(dong)(dong)問題(ti)，需進(jin)行管道系統(tong)氣(qi)流脈動(dong)(dong)和機械振動(dong)(dong)控制的計(ji)算與研究，以達到(dao)安全運行的目的。
1. 氣柱固有頻率(lv)分析
往復式壓縮機(ji)的(de)管流(liu)速(su)一般都比較低(di)（(4~20m/s)，與(yu)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)的(de)聲速(su)相比（空氣(qi)(qi)(qi)常溫下為340m／s）可以略去不計，把(ba)管內所含有的(de)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)視作靜止的(de)，稱為氣(qi)(qi)(qi)柱，氣(qi)(qi)(qi)流(liu)脈(mo)動(dong)共振(zhen)(zhen)現(xian)象發生在(zai)激發頻率與(yu)氣(qi)(qi)(qi)柱固(gu)有頻率相重合的(de)時候(hou)，所以，欲避開氣(qi)(qi)(qi)流(liu)脈(mo)動(dong)共振(zhen)(zhen)，需確(que)定(ding)管系氣(qi)(qi)(qi)柱固(gu)有頻率。
管(guan)系(xi)氣(qi)柱(zhu)是(shi)(shi)多自由度的(de)(de)振(zhen)動(dong)系(xi)統，它有(you)許多階(jie)(jie)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)。氣(qi)柱(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)取決于系(xi)統內(nei)的(de)(de)介質參(can)數(shu)以(yi)及(ji)管(guan)系(xi)尺寸、器(qi)件(jian)和管(guan)系(xi)的(de)(de)幾(ji)何配置(zhi)。在壓縮(suo)機端，氣(qi)柱(zhu)受(shou)到持久的(de)(de)周(zhou)期性激(ji)(ji)發(fa)(fa)作用。激(ji)(ji)發(fa)(fa)頻(pin)率(lv)也存(cun)在著若干(gan)階(jie)(jie)，這些(xie)階(jie)(jie)的(de)(de)激(ji)(ji)發(fa)(fa)頻(pin)率(lv)若有(you)一個與氣(qi)柱(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)重(zhong)合，就會引起氣(qi)柱(zhu)共振(zhen)。此時管(guan)流脈動(dong)激(ji)(ji)烈。做(zuo)到任何一階(jie)(jie)都不重(zhong)合常常會遇到很大(da)困難，通常要求避開一階(jie)(jie)、二(er)階(jie)(jie)或更高一階(jie)(jie)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)的(de)(de)共振(zhen)，以(yi)便把脈動(dong)控制在允許的(de)(de)范圍內(nei)。工程上規定，激(ji)(ji)發(fa)(fa)頻(pin)率(lv)與氣(qi)柱(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)的(de)(de)比(bi)值(zhi)，若在0.8～1.2范圍內(nei)，脈動(dong)都是(shi)(shi)大(da)的(de)(de)，稱此范圍為(wei)共振(zhen)區。
轉(zhuan)速為333r／min，激發(fa)主頻率(lv)的共振區(qu)為8.88～13.32Hz，要求氣柱(zhu)固有頻率(lv)的前三階應(ying)避開激發(fa)主頻率(lv)的共振區(qu)。
計算(suan)結果(guo)表明（過(guo)程略）：前三(san)階(jie)氣(qi)柱(zhu)固有頻(pin)率(lv)分別(bie)為2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第二、三(san)階(jie)頻(pin)率(lv)落在激發主頻(pin)率(lv)的(de)共振區。要想避(bi)開，必須采取(qu)修改(gai)管(guan)道走(zou)向或加緩沖器(qi)、孔板等措施。緩沖器(qi)容(rong)積加大到(dao)0.69m3時，前三(san)階(jie)氣(qi)柱(zhu)固有頻(pin)率(lv)分別(bie)為2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都避(bi)開了主頻(pin)率(lv)的(de)共振區。
2. 氣(qi)流脈動分析
過大(da)的氣流脈(mo)動(dong)會引起管道的機(ji)械振動(dong)。消減(jian)氣流脈(mo)動(dong)的方法是比較多的，可以根據(ju)實際情況，按API618標準衡量(liang)原(yuan)管系的壓(ya)力(li)脈(mo)動(dong)值是否在允許范圍內，并采取相應(ying)措施。
改(gai)變(bian)緩(huan)沖器的(de)(de)容積是最簡(jian)單有效的(de)(de)消振(zhen)措施，但(dan)容積大(da)小(xiao)要(yao)(yao)合標(biao)準，安裝(zhuang)位(wei)(wei)置要(yao)(yao)足夠靠近氣缸，才能使(shi)后繼(ji)管線氣流(liu)足夠平穩(wen)，達到API618標(biao)準。如果(guo)增(zeng)設孔(kong)板，則孔(kong)板計算要(yao)(yao)精確(que)，安裝(zhuang)位(wei)(wei)置要(yao)(yao)恰當(dang)，還(huan)應計算孔(kong)板阻力損失，使(shi)損失在(zai)允許范圍(wei)內。如果(guo)條件(jian)允許，采取適(shi)當(dang)改(gai)變(bian)管徑(jing)、增(zeng)加支管等(deng)措施也是行之有效的(de)(de)。
入(ru)口管系壓力(li)脈動不均勻度計算值(zhi)最大點與API標準允許值(zhi)的比較見(jian)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(ji)算結(jie)果表明：壓力脈動值均符合API標準。
3．機械振動分析
氣(qi)流(liu)脈(mo)(mo)動(dong)的壓力波動(dong)力與壓縮(suo)機(ji)運行時的作(zuo)用力和慣性力都影響著管(guan)道振動(dong)，同時管(guan)道的布置和支(zhi)(zhi)承情況也(ye)直接影響著管(guan)道振動(dong)，在(zai)脈(mo)(mo)動(dong)控制研(yan)究中顯然已(yi)把脈(mo)(mo)動(dong)值控制在(zai)允許范圍內，但如果管(guan)道的走(zou)向不當(dang)、支(zhi)(zhi)承間距(ju)不當(dang)或支(zhi)(zhi)承設(she)計不合理，即(ji)使氣(qi)流(liu)脈(mo)(mo)動(dong)不大，也(ye)同樣會引起危險的管(guan)道振動(dong)。
機(ji)械(xie)系(xi)統(tong)有(you)其本身的固有(you)頻率，當這些頻率的某一階或(huo)幾階與(yu)激(ji)發(fa)頻率接近(jin)時(shi)，會發(fa)生機(ji)械(xie)共(gong)振現象，此(ci)時(shi)，管道振動較大。
另外，還應注意氣柱系統固(gu)有(you)頻率與機械系統固(gu)有(you)頻率是否重疊(die)的問題(ti)，研究工作的任務是使兩者與激發頻率在(zai)前幾階(jie)不重合。
從管(guan)(guan)道(dao)振(zhen)(zhen)動(dong)的(de)觀點看(kan)，對管(guan)(guan)系施加恰當(dang)的(de)約束(shu)可以(yi)調整其機(ji)械固有(you)(you)頻率，使(shi)機(ji)械固有(you)(you)頻率與激振(zhen)(zhen)力頻率不重合，支(zhi)承要有(you)(you)足夠的(de)剛性以(yi)便(bian)控(kong)制殘留的(de)激振(zhen)(zhen)力所引起的(de)振(zhen)(zhen)動(dong)。較低(di)頻率的(de)振(zhen)(zhen)動(dong)模態是由管(guan)(guan)道(dao)的(de)橫向振(zhen)(zhen)動(dong)組成的(de)，故在(zai)支(zhi)承有(you)(you)足夠剛度的(de)基礎上。在(zai)管(guan)(guan)道(dao)的(de)徑向不應有(you)(you)任何間隙，但應允(yun)許(xu)管(guan)(guan)道(dao)在(zai)軸向有(you)(you)位移的(de)可能。
在(zai)(zai)(zai)管(guan)道的(de)(de)(de)布置上，有集中質量（閥、法蘭(lan)）等的(de)(de)(de)部位應(ying)(ying)注意適當支承。另外(wai)在(zai)(zai)(zai)彎頭、異徑(jing)管(guan)等存在(zai)(zai)(zai)激(ji)振力(li)的(de)(de)(de)部位，約束應(ying)(ying)盡(jin)量靠近這些(xie)地方(fang)，即(ji)使對于(yu)直徑(jing)較小的(de)(de)(de)管(guan)道也有避免長(chang)距離無支承或懸(xuan)吊的(de)(de)(de)情況。在(zai)(zai)(zai)管(guan)道緩沖器上的(de)(de)(de)閥或儀表等，也應(ying)(ying)將其支承在(zai)(zai)(zai)母管(guan)或容器上，目的(de)(de)(de)是為了(le)防(fang)止這些(xie)元件(jian)一(yi)起振動(dong)(dong)時，形成不同(tong)的(de)(de)(de)振動(dong)(dong)而(er)導致破壞應(ying)(ying)力(li)產生。避免將分支上的(de)(de)(de)閥或儀表等支承在(zai)(zai)(zai)振動(dong)(dong)物體上，因為兩(liang)者振動(dong)(dong)不同(tong)會產生附加動(dong)(dong)應(ying)(ying)力(li)。
管(guan)道跨距對于不同的(de)管(guan)道配置(zhi)是不同的(de)，以保證每一(yi)管(guan)道在結構上具有合適的(de)局(ju)部(bu)固(gu)有頻率(lv)。為了增(zeng)加管(guan)卡的(de)阻尼，可(ke)(ke)使用少許可(ke)(ke)以壓縮的(de)襯(chen)墊(dian)材料，如石棉(mian)橡膠等(deng)材料，確保管(guan)卡與管(guan)道充(chong)分接觸，在管(guan)的(de)徑向沒有任何間(jian)隙(xi)。
根據(ju)壓(ya)縮(suo)機的(de)(de)轉速(su)，計(ji)算的(de)(de)激發主(zhu)頻(pin)(pin)(pin)（二(er)階(jie)）為11.1Hz，共振區的(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)范(fan)圍（0.8～1.2）f為8.88～13.32Hz。設計(ji)的(de)(de)原則應使壓(ya)縮(suo)機的(de)(de)進出口管系的(de)(de)結構固有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)至少前三階(jie)避開激發頻(pin)(pin)(pin)率(lv)共振區的(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)范(fan)圍。
下列數(shu)據是對(dui)壓(ya)縮機入口管(guan)系(xi)的(de)(de)前十階(jie)固有頻(pin)率(lv)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。通過觀察(cha)管(guan)系(xi)的(de)(de)各階(jie)振(zhen)(zhen)(zhen)動模態可知，在7.48Hz、16.05Hz下的(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)動模態為架空管(guan)線振(zhen)(zhen)(zhen)動，與現場觀察(cha)的(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)動情況相同，而此(ci)幾階(jie)頻(pin)率(lv)正好落在前三階(jie)激振(zhen)(zhen)(zhen)頻(pin)率(lv)的(de)(de)共振(zhen)(zhen)(zhen)區內(nei)，故應(ying)對(dui)管(guan)系(xi)的(de)(de)結構進行修改。
上述分離器出口架空管線振動(dong)的(de)主要原因是用(yong)來支(zhi)承的(de)立(li)柱的(de)剛度較低，由于管線較高（EL＋7000），立(li)柱的(de)剛度設(she)計很難滿足要求。故必須將此架空管線修改為(wei)沿地(di)面敷設(she)，在地(di)面設(she)管墩支(zhi)承。
修改后的(de)管(guan)系(xi)固(gu)有(you)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(lv)(lv)都(dou)完全(quan)避開了激(ji)振主頻(pin)的共(gong)振頻(pin)率(lv)(lv)區。
4. 推薦方案要點
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）。
