現場(chang)檢(jian)查發現，某(mou)循(xun)環氫壓(ya)縮機入口管(guan)線從入口分(fen)液罐到(dao)催化劑分(fen)離(li)器(qi)間管(guan)線及分(fen)離(li)器(qi)出口段架空(kong)管(guan)線振(zhen)動(dong)(dong)較大(da)，且帶動(dong)(dong)與(yu)其相連的(de)設備和立(li)柱一起振(zhen)動(dong)(dong)。為解決(jue)此振(zhen)動(dong)(dong)問(wen)題(ti)，需進行(xing)管(guan)道系統氣(qi)流脈動(dong)(dong)和機械振(zhen)動(dong)(dong)控制(zhi)的(de)計算(suan)與(yu)研(yan)究(jiu)，以達到(dao)安全運行(xing)的(de)目的(de)。
1. 氣柱固有頻(pin)率分(fen)析
往復(fu)式壓縮機的(de)(de)管(guan)流(liu)(liu)速一般都(dou)比較低(di)（(4~20m/s)，與氣(qi)(qi)(qi)體的(de)(de)聲速相比（空氣(qi)(qi)(qi)常溫下為340m／s）可(ke)以略去(qu)不計，把管(guan)內所含(han)有(you)的(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)體視作靜止的(de)(de)，稱為氣(qi)(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)，氣(qi)(qi)(qi)流(liu)(liu)脈(mo)動共振(zhen)(zhen)現象發生(sheng)在激發頻率(lv)(lv)與氣(qi)(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)固(gu)有(you)頻率(lv)(lv)相重合的(de)(de)時候，所以，欲避開氣(qi)(qi)(qi)流(liu)(liu)脈(mo)動共振(zhen)(zhen)，需確定管(guan)系(xi)氣(qi)(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)固(gu)有(you)頻率(lv)(lv)。
管系氣(qi)(qi)柱是(shi)多自由度的(de)振(zhen)動系統，它有(you)許多階(jie)固(gu)(gu)(gu)(gu)有(you)頻(pin)率(lv)。氣(qi)(qi)柱固(gu)(gu)(gu)(gu)有(you)頻(pin)率(lv)取(qu)決于系統內的(de)介質參數以及管系尺寸(cun)、器件和管系的(de)幾何配置。在(zai)(zai)壓(ya)縮機端，氣(qi)(qi)柱受(shou)到(dao)(dao)持久的(de)周期(qi)性激發作用。激發頻(pin)率(lv)也存在(zai)(zai)著若(ruo)干階(jie)，這些階(jie)的(de)激發頻(pin)率(lv)若(ruo)有(you)一個與(yu)氣(qi)(qi)柱固(gu)(gu)(gu)(gu)有(you)頻(pin)率(lv)重合，就會(hui)引起氣(qi)(qi)柱共(gong)(gong)振(zhen)。此(ci)(ci)時(shi)管流脈(mo)動激烈。做到(dao)(dao)任(ren)何一階(jie)都不重合常常會(hui)遇到(dao)(dao)很大困難，通常要(yao)求避開(kai)一階(jie)、二階(jie)或更(geng)高(gao)一階(jie)固(gu)(gu)(gu)(gu)有(you)頻(pin)率(lv)的(de)共(gong)(gong)振(zhen)，以便把脈(mo)動控制在(zai)(zai)允(yun)許的(de)范(fan)圍內。工(gong)程上規定，激發頻(pin)率(lv)與(yu)氣(qi)(qi)柱固(gu)(gu)(gu)(gu)有(you)頻(pin)率(lv)的(de)比值(zhi)，若(ruo)在(zai)(zai)0.8～1.2范(fan)圍內，脈(mo)動都是(shi)大的(de)，稱此(ci)(ci)范(fan)圍為共(gong)(gong)振(zhen)區(qu)。
轉速為333r／min，激發(fa)主頻率的(de)共振區為8.88～13.32Hz，要求(qiu)氣柱固有頻率的(de)前三(san)階應避開激發(fa)主頻率的(de)共振區。
計算結果(guo)表明（過(guo)程略）：前(qian)三(san)階(jie)氣柱固(gu)(gu)有頻(pin)(pin)率(lv)(lv)分(fen)別為2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第二、三(san)階(jie)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)落在激發主頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的共(gong)振區。要想避開(kai)(kai)，必須(xu)采取(qu)修改管(guan)道走向或加緩沖器、孔板等措(cuo)施。緩沖器容積加大(da)到0.69m3時，前(qian)三(san)階(jie)氣柱固(gu)(gu)有頻(pin)(pin)率(lv)(lv)分(fen)別為2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都(dou)避開(kai)(kai)了主頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的共(gong)振區。
2. 氣流脈動分析
過大的(de)氣流脈(mo)動(dong)會(hui)引起(qi)管道的(de)機械振動(dong)。消減氣流脈(mo)動(dong)的(de)方法是比較多(duo)的(de)，可以根據實際情(qing)況，按API618標準衡量原管系的(de)壓力脈(mo)動(dong)值是否(fou)在允許范圍內，并采取相應措施(shi)。
改(gai)變(bian)緩沖(chong)器的容(rong)積(ji)是最簡單有(you)效(xiao)的消振措施，但容(rong)積(ji)大小要(yao)合標準，安(an)裝位(wei)置(zhi)要(yao)足夠靠近(jin)氣(qi)缸，才能使后繼管(guan)(guan)線(xian)氣(qi)流足夠平(ping)穩，達到API618標準。如(ru)果增設孔板，則(ze)孔板計算要(yao)精確(que)，安(an)裝位(wei)置(zhi)要(yao)恰當，還應計算孔板阻力損失(shi)，使損失(shi)在允(yun)許范(fan)圍內。如(ru)果條件允(yun)許，采(cai)取適當改(gai)變(bian)管(guan)(guan)徑(jing)、增加支管(guan)(guan)等措施也(ye)是行(xing)之有(you)效(xiao)的。
入口管系壓力脈(mo)動不均勻度計算值(zhi)最(zui)大(da)點(dian)與API標準允許值(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(guo)表明：壓力(li)脈動值均符(fu)合API標準。
3．機械振動(dong)分(fen)析
氣流(liu)(liu)脈動(dong)的(de)壓力(li)波動(dong)力(li)與壓縮機運行時(shi)的(de)作用(yong)力(li)和(he)慣(guan)性力(li)都(dou)影響著(zhu)管(guan)道(dao)(dao)振動(dong)，同時(shi)管(guan)道(dao)(dao)的(de)布(bu)置和(he)支承情況也直接影響著(zhu)管(guan)道(dao)(dao)振動(dong)，在(zai)脈動(dong)控制(zhi)研究中顯然已(yi)把(ba)脈動(dong)值控制(zhi)在(zai)允許范圍內，但如果管(guan)道(dao)(dao)的(de)走向不(bu)(bu)當、支承間距不(bu)(bu)當或支承設計(ji)不(bu)(bu)合(he)理，即使氣流(liu)(liu)脈動(dong)不(bu)(bu)大，也同樣會引起(qi)危險的(de)管(guan)道(dao)(dao)振動(dong)。
機械系統有其本身的(de)固(gu)有頻(pin)率(lv)，當(dang)這些頻(pin)率(lv)的(de)某一(yi)階或幾階與激發(fa)頻(pin)率(lv)接(jie)近時，會發(fa)生機械共振現象，此時，管道振動較(jiao)大。
另外，還應注意氣柱(zhu)系統(tong)固有(you)頻(pin)率與(yu)機械系統(tong)固有(you)頻(pin)率是否重疊的問題，研究工(gong)作的任務是使兩(liang)者與(yu)激發頻(pin)率在前(qian)幾階(jie)不(bu)重合(he)。
從管道振(zhen)(zhen)動(dong)的(de)(de)觀點看(kan)，對(dui)管系施(shi)加恰當(dang)的(de)(de)約束可(ke)以(yi)調(diao)整(zheng)其機械固(gu)有(you)(you)(you)頻率，使機械固(gu)有(you)(you)(you)頻率與激振(zhen)(zhen)力(li)頻率不重合，支承(cheng)要有(you)(you)(you)足夠的(de)(de)剛性以(yi)便控制殘留的(de)(de)激振(zhen)(zhen)力(li)所(suo)引起的(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)。較低(di)頻率的(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)模態是由管道的(de)(de)橫向振(zhen)(zhen)動(dong)組成(cheng)的(de)(de)，故在(zai)(zai)支承(cheng)有(you)(you)(you)足夠剛度的(de)(de)基礎上。在(zai)(zai)管道的(de)(de)徑向不應有(you)(you)(you)任何間(jian)隙，但應允許管道在(zai)(zai)軸向有(you)(you)(you)位(wei)移的(de)(de)可(ke)能。
在(zai)管道(dao)的(de)(de)(de)布置上(shang)，有(you)集中質量（閥、法(fa)蘭）等的(de)(de)(de)部位應注意適(shi)當(dang)支承。另外(wai)在(zai)彎頭、異(yi)徑管等存在(zai)激(ji)振(zhen)(zhen)力的(de)(de)(de)部位，約束應盡量靠(kao)近這些地方，即使對于直徑較小的(de)(de)(de)管道(dao)也有(you)避(bi)免(mian)長距離(li)無(wu)支承或(huo)懸吊的(de)(de)(de)情況(kuang)。在(zai)管道(dao)緩沖器(qi)上(shang)的(de)(de)(de)閥或(huo)儀(yi)(yi)表(biao)等，也應將(jiang)其支承在(zai)母管或(huo)容器(qi)上(shang)，目(mu)的(de)(de)(de)是為(wei)了(le)防止這些元件一起(qi)振(zhen)(zhen)動(dong)時，形成不(bu)同的(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)而導致破壞(huai)應力產生。避(bi)免(mian)將(jiang)分支上(shang)的(de)(de)(de)閥或(huo)儀(yi)(yi)表(biao)等支承在(zai)振(zhen)(zhen)動(dong)物體上(shang)，因為(wei)兩者振(zhen)(zhen)動(dong)不(bu)同會(hui)產生附(fu)加(jia)動(dong)應力。
管(guan)(guan)道跨距(ju)對于不同的(de)管(guan)(guan)道配置是不同的(de)，以保證每一(yi)管(guan)(guan)道在結構上具有合適的(de)局部固有頻率(lv)。為了(le)增加管(guan)(guan)卡(ka)的(de)阻尼，可(ke)使(shi)用(yong)少許可(ke)以壓縮的(de)襯墊材(cai)料，如(ru)石棉橡膠等(deng)材(cai)料，確保管(guan)(guan)卡(ka)與管(guan)(guan)道充分接(jie)觸，在管(guan)(guan)的(de)徑向沒有任(ren)何間隙。
根(gen)據壓縮機(ji)的(de)轉速，計算的(de)激發主頻(pin)（二階）為11.1Hz，共振(zhen)區的(de)頻(pin)率(lv)(lv)范圍（0.8～1.2）f為8.88～13.32Hz。設計的(de)原(yuan)則應使壓縮機(ji)的(de)進出口管系的(de)結構固(gu)有頻(pin)率(lv)(lv)至少前三階避開激發頻(pin)率(lv)(lv)共振(zhen)區的(de)頻(pin)率(lv)(lv)范圍。
下列數據是對(dui)壓縮機(ji)入口管系(xi)的前十階固有頻率(lv)的計算結(jie)(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(cha)管系(xi)的各階振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)模(mo)態(tai)可知，在7.48Hz、16.05Hz下的振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)模(mo)態(tai)為架空(kong)管線振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)，與現場觀察(cha)的振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)情況相同，而此(ci)幾階頻率(lv)正(zheng)好落在前三階激振(zhen)(zhen)(zhen)頻率(lv)的共振(zhen)(zhen)(zhen)區內，故應(ying)對(dui)管系(xi)的結(jie)(jie)構進行修改。
上述分(fen)離器出口架空管(guan)(guan)(guan)線振動(dong)的主要原因是(shi)用來支(zhi)承的立柱(zhu)的剛度較低，由于管(guan)(guan)(guan)線較高（EL＋7000），立柱(zhu)的剛度設(she)(she)計很難滿足要求(qiu)。故(gu)必(bi)須將此(ci)架空管(guan)(guan)(guan)線修改為沿地面敷(fu)設(she)(she)，在(zai)地面設(she)(she)管(guan)(guan)(guan)墩支(zhi)承。
修改后(hou)的(de)管(guan)系固有(you)頻率計算如下(xia)：20.08Hz、24.95Hz、25.49Hz、26.24Hz、26.88Hz、29.30Hz、32.15Hz、32.17Hz、32.18Hz、32.23Hz。
前幾(ji)階(jie)頻(pin)率(lv)都完(wan)全避開了激振主頻(pin)的共振頻(pin)率(lv)區。
4. 推薦(jian)方(fang)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）。
