現場檢查發現，某循環氫壓縮(suo)機入口(kou)管線(xian)(xian)從(cong)入口(kou)分液罐到催化劑分離(li)器(qi)間管線(xian)(xian)及分離(li)器(qi)出口(kou)段架空管線(xian)(xian)振(zhen)動(dong)較大(da)，且帶動(dong)與其相連的(de)設(she)備(bei)和(he)立柱一起振(zhen)動(dong)。為解(jie)決此振(zhen)動(dong)問題(ti)，需(xu)進行(xing)管道(dao)系統氣流脈動(dong)和(he)機械振(zhen)動(dong)控制的(de)計算與研(yan)究(jiu)，以達(da)到安全運行(xing)的(de)目的(de)。
1. 氣柱固(gu)有頻率(lv)分析
往復式壓縮機的(de)管(guan)流(liu)速一般都比較(jiao)低(di)（(4~20m/s)，與氣體的(de)聲速相比（空氣常溫下為(wei)340m／s）可以(yi)略去(qu)不計，把管(guan)內所(suo)含(han)有的(de)氣體視作靜止(zhi)的(de)，稱(cheng)為(wei)氣柱(zhu)，氣流(liu)脈(mo)動共振(zhen)現象發(fa)生在激發(fa)頻(pin)(pin)率與氣柱(zhu)固有頻(pin)(pin)率相重(zhong)合的(de)時(shi)候，所(suo)以(yi)，欲(yu)避開氣流(liu)脈(mo)動共振(zhen)，需確定管(guan)系氣柱(zhu)固有頻(pin)(pin)率。
管系(xi)(xi)氣(qi)柱(zhu)(zhu)是(shi)多自由度的(de)(de)振(zhen)動系(xi)(xi)統，它有(you)(you)許多階(jie)(jie)固有(you)(you)頻(pin)率(lv)。氣(qi)柱(zhu)(zhu)固有(you)(you)頻(pin)率(lv)取決于系(xi)(xi)統內的(de)(de)介質參(can)數以及管系(xi)(xi)尺寸、器件和管系(xi)(xi)的(de)(de)幾(ji)何(he)配置(zhi)。在(zai)(zai)壓縮機端，氣(qi)柱(zhu)(zhu)受到持久的(de)(de)周(zhou)期性(xing)激(ji)發(fa)(fa)作用。激(ji)發(fa)(fa)頻(pin)率(lv)也存在(zai)(zai)著若干(gan)階(jie)(jie)，這些階(jie)(jie)的(de)(de)激(ji)發(fa)(fa)頻(pin)率(lv)若有(you)(you)一個與氣(qi)柱(zhu)(zhu)固有(you)(you)頻(pin)率(lv)重合，就會引起氣(qi)柱(zhu)(zhu)共振(zhen)。此時管流脈(mo)動激(ji)烈。做到任何(he)一階(jie)(jie)都不重合常(chang)常(chang)會遇(yu)到很大困難(nan)，通常(chang)要求避開(kai)一階(jie)(jie)、二階(jie)(jie)或(huo)更(geng)高(gao)一階(jie)(jie)固有(you)(you)頻(pin)率(lv)的(de)(de)共振(zhen)，以便(bian)把脈(mo)動控(kong)制在(zai)(zai)允許的(de)(de)范(fan)圍內。工程上規定，激(ji)發(fa)(fa)頻(pin)率(lv)與氣(qi)柱(zhu)(zhu)固有(you)(you)頻(pin)率(lv)的(de)(de)比值(zhi)，若在(zai)(zai)0.8～1.2范(fan)圍內，脈(mo)動都是(shi)大的(de)(de)，稱此范(fan)圍為(wei)共振(zhen)區。
轉(zhuan)速為333r／min，激發(fa)主頻率(lv)的(de)共(gong)振區為8.88～13.32Hz，要求氣柱固有頻率(lv)的(de)前(qian)三階應避開激發(fa)主頻率(lv)的(de)共(gong)振區。
計算結果(guo)表(biao)明（過程略）：前(qian)三階氣柱固有(you)頻率(lv)分(fen)別(bie)為2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第二、三階頻率(lv)落(luo)在(zai)激發主(zhu)(zhu)頻率(lv)的共振區。要(yao)想避(bi)開，必(bi)須采(cai)取(qu)修改管道走向或加緩(huan)沖器、孔板等措施。緩(huan)沖器容(rong)積加大到0.69m3時，前(qian)三階氣柱固有(you)頻率(lv)分(fen)別(bie)為2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都(dou)避(bi)開了主(zhu)(zhu)頻率(lv)的共振區。
2. 氣流脈動分(fen)析(xi)
過大(da)的(de)氣流(liu)脈動會引起(qi)管(guan)道的(de)機械(xie)振動。消減氣流(liu)脈動的(de)方法(fa)是(shi)比較(jiao)多的(de)，可以(yi)根據實際(ji)情況(kuang)，按API618標準(zhun)衡量(liang)原管(guan)系的(de)壓力脈動值是(shi)否在允許范圍內，并(bing)采取(qu)相應措(cuo)施。
改變緩沖器的(de)容積(ji)是(shi)最(zui)簡單(dan)有效(xiao)的(de)消振(zhen)措施，但(dan)容積(ji)大小要(yao)合標準，安(an)裝位置要(yao)足(zu)夠靠近(jin)氣(qi)缸，才能(neng)使后繼管線氣(qi)流足(zu)夠平穩，達到(dao)API618標準。如(ru)果增設(she)孔(kong)板(ban)，則孔(kong)板(ban)計算(suan)要(yao)精確，安(an)裝位置要(yao)恰當(dang)，還(huan)應計算(suan)孔(kong)板(ban)阻力損(sun)失，使損(sun)失在(zai)允許范圍內。如(ru)果條件允許，采取適當(dang)改變管徑、增加支管等(deng)措施也是(shi)行之有效(xiao)的(de)。
入口(kou)管系(xi)壓(ya)力脈動不均勻(yun)度計算值最大點與API標準允許(xu)值的比較見表(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。
計算結果表明：壓(ya)力脈(mo)動值均符合API標準。
3．機械振(zhen)動分析
氣流脈動的壓(ya)力波動力與壓(ya)縮機(ji)運行(xing)時(shi)的作用力和(he)慣(guan)性力都影(ying)響著管道(dao)振動，同時(shi)管道(dao)的布置(zhi)和(he)支(zhi)承情(qing)況(kuang)也(ye)直接(jie)影(ying)響著管道(dao)振動，在脈動控(kong)制(zhi)研究中(zhong)顯(xian)然已把脈動值控(kong)制(zhi)在允許(xu)范圍內(nei)，但如果管道(dao)的走向(xiang)不(bu)當、支(zhi)承間距不(bu)當或支(zhi)承設計(ji)不(bu)合理，即使(shi)氣流脈動不(bu)大，也(ye)同樣會引(yin)起危險的管道(dao)振動。
機械(xie)系統有(you)其本(ben)身的固有(you)頻(pin)率，當這些頻(pin)率的某(mou)一階(jie)或(huo)幾階(jie)與激(ji)發頻(pin)率接近時，會發生機械(xie)共振現象，此時，管道振動較大(da)。
另(ling)外(wai)，還應注意氣柱系統固有頻(pin)率(lv)(lv)與機械系統固有頻(pin)率(lv)(lv)是否重疊(die)的(de)問題，研究工作的(de)任(ren)務(wu)是使兩者與激發頻(pin)率(lv)(lv)在(zai)前幾階(jie)不(bu)重合(he)。
從(cong)管(guan)道(dao)振動(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)觀點看，對管(guan)系施加恰當的(de)(de)(de)(de)(de)約束(shu)可以調整其機械(xie)固(gu)有頻(pin)率，使機械(xie)固(gu)有頻(pin)率與激振力頻(pin)率不重合，支(zhi)承要有足夠的(de)(de)(de)(de)(de)剛性以便控制殘留的(de)(de)(de)(de)(de)激振力所引起的(de)(de)(de)(de)(de)振動(dong)。較低(di)頻(pin)率的(de)(de)(de)(de)(de)振動(dong)模態是由(you)管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)橫向(xiang)振動(dong)組成的(de)(de)(de)(de)(de)，故在支(zhi)承有足夠剛度的(de)(de)(de)(de)(de)基礎上。在管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)徑向(xiang)不應有任何間隙，但應允許管(guan)道(dao)在軸向(xiang)有位移的(de)(de)(de)(de)(de)可能。
在管(guan)道(dao)(dao)的布置上(shang)，有(you)集中質量（閥(fa)(fa)、法蘭）等(deng)的部(bu)位應(ying)(ying)注意(yi)適(shi)當支(zhi)(zhi)承。另外(wai)在彎頭、異徑管(guan)等(deng)存在激振(zhen)力的部(bu)位，約束應(ying)(ying)盡量靠近這些地方(fang)，即使對于(yu)直徑較小的管(guan)道(dao)(dao)也有(you)避免長距離(li)無支(zhi)(zhi)承或懸吊的情況。在管(guan)道(dao)(dao)緩沖器上(shang)的閥(fa)(fa)或儀表等(deng)，也應(ying)(ying)將(jiang)其支(zhi)(zhi)承在母管(guan)或容(rong)器上(shang)，目的是為了(le)防止這些元件一起振(zhen)動時，形成不同的振(zhen)動而導致(zhi)破壞應(ying)(ying)力產生(sheng)。避免將(jiang)分支(zhi)(zhi)上(shang)的閥(fa)(fa)或儀表等(deng)支(zhi)(zhi)承在振(zhen)動物(wu)體(ti)上(shang)，因為兩者振(zhen)動不同會(hui)產生(sheng)附加(jia)動應(ying)(ying)力。
管(guan)道跨距(ju)對于不同(tong)的管(guan)道配置(zhi)是不同(tong)的，以保證每一(yi)管(guan)道在結構(gou)上具有合適的局部固有頻率(lv)。為(wei)了增加管(guan)卡的阻尼，可使用(yong)少許可以壓縮的襯墊材料，如石棉橡(xiang)膠(jiao)等材料，確保管(guan)卡與管(guan)道充分接觸，在管(guan)的徑向沒(mei)有任(ren)何間(jian)隙。
根據(ju)壓縮(suo)機的(de)轉速，計(ji)算的(de)激發主頻(pin)（二階）為(wei)11.1Hz，共振區(qu)的(de)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)范圍(wei)（0.8～1.2）f為(wei)8.88～13.32Hz。設(she)計(ji)的(de)原(yuan)則應使壓縮(suo)機的(de)進出口管系(xi)的(de)結構固有頻(pin)率(lv)(lv)(lv)至少前三階避開激發頻(pin)率(lv)(lv)(lv)共振區(qu)的(de)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)范圍(wei)。
下列(lie)數據是對(dui)(dui)壓縮機入口管系的(de)前十階固有頻率(lv)的(de)計算(suan)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)觀察管系的(de)各階振(zhen)動(dong)模態可知(zhi)，在7.48Hz、16.05Hz下的(de)振(zhen)動(dong)模態為架空管線振(zhen)動(dong)，與現場觀察的(de)振(zhen)動(dong)情況相(xiang)同，而此幾階頻率(lv)正好落在前三(san)階激(ji)振(zhen)頻率(lv)的(de)共振(zhen)區內，故應對(dui)(dui)管系的(de)結構進(jin)行修改。
上述分離(li)器出口架(jia)空管(guan)線(xian)振動的(de)(de)主要原因是用來支(zhi)承的(de)(de)立柱的(de)(de)剛(gang)度較(jiao)低(di)，由(you)于管(guan)線(xian)較(jiao)高（EL＋7000），立柱的(de)(de)剛(gang)度設(she)計很難滿(man)足要求。故(gu)必須(xu)將此架(jia)空管(guan)線(xian)修改為沿地面敷(fu)設(she)，在地面設(she)管(guan)墩支(zhi)承。
修改后的(de)管系固有頻率計算如(ru)下(xia)：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)(pin)率都完(wan)全避開了激振主頻(pin)(pin)的共振頻(pin)(pin)率區。
4. 推薦(jian)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）。
