現(xian)(xian)場檢查發現(xian)(xian)，某(mou)循環(huan)氫壓縮機入口管(guan)線從(cong)入口分液罐到催化(hua)劑(ji)分離器間管(guan)線及分離器出(chu)口段架空管(guan)線振(zhen)動(dong)較大，且帶(dai)動(dong)與(yu)其相連的設備和立柱(zhu)一起振(zhen)動(dong)。為解決(jue)此振(zhen)動(dong)問題，需進行管(guan)道系統氣流脈動(dong)和機械振(zhen)動(dong)控制(zhi)的計算(suan)與(yu)研究，以(yi)達到安全運行的目的。
1. 氣柱固有頻率分析
往復式壓縮(suo)機(ji)的管(guan)流(liu)速(su)一般都比(bi)較低（(4~20m/s)，與氣(qi)(qi)體(ti)的聲速(su)相比(bi)（空氣(qi)(qi)常(chang)溫下(xia)為340m／s）可以略去不計，把(ba)管(guan)內(nei)所含有的氣(qi)(qi)體(ti)視作靜止的，稱為氣(qi)(qi)柱，氣(qi)(qi)流(liu)脈動共(gong)振(zhen)現(xian)象發生在激發頻(pin)率(lv)與氣(qi)(qi)柱固有頻(pin)率(lv)相重合(he)的時候，所以，欲避開(kai)氣(qi)(qi)流(liu)脈動共(gong)振(zhen)，需(xu)確定管(guan)系氣(qi)(qi)柱固有頻(pin)率(lv)。
管(guan)系(xi)(xi)氣(qi)柱(zhu)(zhu)是多自由度的(de)(de)(de)(de)振動系(xi)(xi)統，它有(you)(you)許多階(jie)固(gu)有(you)(you)頻(pin)率。氣(qi)柱(zhu)(zhu)固(gu)有(you)(you)頻(pin)率取決于系(xi)(xi)統內的(de)(de)(de)(de)介質參數以及(ji)管(guan)系(xi)(xi)尺寸、器件和管(guan)系(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)幾何配置(zhi)。在(zai)壓(ya)縮機(ji)端(duan)，氣(qi)柱(zhu)(zhu)受到持(chi)久(jiu)的(de)(de)(de)(de)周期性激(ji)發作用(yong)。激(ji)發頻(pin)率也存在(zai)著若干(gan)階(jie)，這些階(jie)的(de)(de)(de)(de)激(ji)發頻(pin)率若有(you)(you)一個與氣(qi)柱(zhu)(zhu)固(gu)有(you)(you)頻(pin)率重合，就會引起氣(qi)柱(zhu)(zhu)共(gong)振。此時管(guan)流脈動激(ji)烈。做到任何一階(jie)都(dou)不重合常常會遇到很大困難，通常要求避(bi)開一階(jie)、二(er)階(jie)或(huo)更高一階(jie)固(gu)有(you)(you)頻(pin)率的(de)(de)(de)(de)共(gong)振，以便把脈動控制在(zai)允許的(de)(de)(de)(de)范(fan)(fan)圍(wei)內。工程上(shang)規定，激(ji)發頻(pin)率與氣(qi)柱(zhu)(zhu)固(gu)有(you)(you)頻(pin)率的(de)(de)(de)(de)比值，若在(zai)0.8～1.2范(fan)(fan)圍(wei)內，脈動都(dou)是大的(de)(de)(de)(de)，稱此范(fan)(fan)圍(wei)為共(gong)振區。
轉速(su)為(wei)333r／min，激(ji)發主(zhu)頻(pin)率的共(gong)(gong)振區為(wei)8.88～13.32Hz，要求氣柱(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)率的前三(san)階(jie)應避開激(ji)發主(zhu)頻(pin)率的共(gong)(gong)振區。
計(ji)算結果表明(ming)（過(guo)程(cheng)略）：前(qian)三階(jie)氣柱(zhu)固(gu)有頻(pin)率(lv)分(fen)別為(wei)2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第二、三階(jie)頻(pin)率(lv)落在(zai)激發主頻(pin)率(lv)的(de)共振區(qu)。要想避(bi)開(kai)，必須采取修改管(guan)道走(zou)向或加緩沖器、孔板等措施(shi)。緩沖器容積加大(da)到0.69m3時，前(qian)三階(jie)氣柱(zhu)固(gu)有頻(pin)率(lv)分(fen)別為(wei)2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都避(bi)開(kai)了主頻(pin)率(lv)的(de)共振區(qu)。
2. 氣流(liu)脈(mo)動(dong)分析
過(guo)大的氣(qi)流脈動(dong)會引起管道(dao)的機(ji)械(xie)振(zhen)動(dong)。消減氣(qi)流脈動(dong)的方法是比較(jiao)多的，可以根據(ju)實際情況，按API618標準衡量(liang)原管系的壓力脈動(dong)值是否在允許范圍內，并采取相應措施。
改變(bian)緩沖(chong)器(qi)的容(rong)積(ji)是(shi)最簡單有效(xiao)的消振措施，但(dan)容(rong)積(ji)大小要(yao)(yao)合標(biao)(biao)準，安裝位(wei)置要(yao)(yao)足(zu)夠(gou)靠近氣缸，才能使后(hou)繼(ji)管(guan)線(xian)氣流足(zu)夠(gou)平穩，達到API618標(biao)(biao)準。如果增設孔板(ban)，則孔板(ban)計算要(yao)(yao)精確，安裝位(wei)置要(yao)(yao)恰當，還應(ying)計算孔板(ban)阻(zu)力損失，使損失在允許范圍內。如果條件允許，采取適當改變(bian)管(guan)徑、增加支管(guan)等措施也是(shi)行(xing)之有效(xiao)的。
入口管系壓力脈(mo)動不均(jun)勻度(du)計算值最大點與API標準允許(xu)值的(de)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(ming)：壓(ya)力脈(mo)動值均(jun)符合API標準。
3．機械振(zhen)動分析
氣(qi)流(liu)脈(mo)動的(de)(de)壓(ya)(ya)力波動力與壓(ya)(ya)縮機運行時(shi)的(de)(de)作用力和慣性力都影響(xiang)著管道(dao)振(zhen)動，同(tong)時(shi)管道(dao)的(de)(de)布置和支承(cheng)情況也直接影響(xiang)著管道(dao)振(zhen)動，在脈(mo)動控制(zhi)研究中顯然已把(ba)脈(mo)動值控制(zhi)在允許范圍(wei)內，但如果管道(dao)的(de)(de)走(zou)向不當、支承(cheng)間距不當或支承(cheng)設計不合(he)理(li)，即使(shi)氣(qi)流(liu)脈(mo)動不大，也同(tong)樣會引起危險的(de)(de)管道(dao)振(zhen)動。
機械系統有其本身的固有頻(pin)率(lv)，當(dang)這些(xie)頻(pin)率(lv)的某一(yi)階或幾階與(yu)激(ji)發頻(pin)率(lv)接近時，會(hui)發生機械共振(zhen)(zhen)現象(xiang)，此時，管道振(zhen)(zhen)動較(jiao)大。
另外，還應注意氣柱系統固(gu)(gu)有頻(pin)率與機(ji)械系統固(gu)(gu)有頻(pin)率是否重(zhong)疊的問(wen)題(ti)，研究工作的任務是使兩(liang)者與激發頻(pin)率在前(qian)幾階不重(zhong)合。
從(cong)管(guan)道(dao)振(zhen)動的(de)(de)(de)觀點看，對管(guan)系施加(jia)恰當的(de)(de)(de)約束可以調(diao)整(zheng)其機(ji)械固(gu)有頻(pin)率，使機(ji)械固(gu)有頻(pin)率與激振(zhen)力(li)頻(pin)率不重合，支承要有足夠的(de)(de)(de)剛(gang)性以便控制殘留的(de)(de)(de)激振(zhen)力(li)所引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)振(zhen)動。較低頻(pin)率的(de)(de)(de)振(zhen)動模態是由管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)橫向(xiang)振(zhen)動組成的(de)(de)(de)，故在(zai)支承有足夠剛(gang)度的(de)(de)(de)基礎上。在(zai)管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)徑向(xiang)不應有任何間隙，但應允許管(guan)道(dao)在(zai)軸(zhou)向(xiang)有位移的(de)(de)(de)可能。
在(zai)管(guan)道的布置上(shang)(shang)，有(you)集中(zhong)質量(liang)（閥、法(fa)蘭）等(deng)的部(bu)位應注意適當支(zhi)承。另外在(zai)彎頭、異徑(jing)管(guan)等(deng)存在(zai)激振(zhen)(zhen)力的部(bu)位，約束(shu)應盡量(liang)靠(kao)近這(zhe)些地方，即使對于直徑(jing)較小的管(guan)道也(ye)有(you)避免長距離無支(zhi)承或懸(xuan)吊的情況。在(zai)管(guan)道緩沖器(qi)上(shang)(shang)的閥或儀表等(deng)，也(ye)應將其支(zhi)承在(zai)母管(guan)或容器(qi)上(shang)(shang)，目(mu)的是為(wei)了防(fang)止(zhi)這(zhe)些元件(jian)一起振(zhen)(zhen)動時(shi)，形(xing)成不同的振(zhen)(zhen)動而(er)導致破(po)壞應力產生。避免將分支(zhi)上(shang)(shang)的閥或儀表等(deng)支(zhi)承在(zai)振(zhen)(zhen)動物(wu)體上(shang)(shang)，因為(wei)兩者振(zhen)(zhen)動不同會(hui)產生附加動應力。
管道(dao)跨距對于(yu)不(bu)同的(de)管道(dao)配(pei)置是不(bu)同的(de)，以(yi)保證(zheng)每(mei)一(yi)管道(dao)在結構上具有合適的(de)局部固有頻率(lv)。為了增加管卡的(de)阻尼，可(ke)(ke)使用少許可(ke)(ke)以(yi)壓縮的(de)襯墊材(cai)料，如石棉橡膠(jiao)等材(cai)料，確保管卡與管道(dao)充分接觸，在管的(de)徑向(xiang)沒有任(ren)何間(jian)隙(xi)。
根據壓縮機的(de)(de)轉速，計算的(de)(de)激發(fa)主頻(pin)（二(er)階）為(wei)11.1Hz，共振區的(de)(de)頻(pin)率范(fan)圍（0.8～1.2）f為(wei)8.88～13.32Hz。設計的(de)(de)原則應使壓縮機的(de)(de)進出口管系(xi)的(de)(de)結構固有頻(pin)率至少前三(san)階避開激發(fa)頻(pin)率共振區的(de)(de)頻(pin)率范(fan)圍。
下列數據是對(dui)壓縮機入口管(guan)系(xi)(xi)的(de)前(qian)十階(jie)固有(you)頻率的(de)計(ji)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(guan)察管(guan)系(xi)(xi)的(de)各階(jie)振動(dong)模(mo)態(tai)可(ke)知(zhi)，在7.48Hz、16.05Hz下的(de)振動(dong)模(mo)態(tai)為架空管(guan)線振動(dong)，與現場觀(guan)察的(de)振動(dong)情(qing)況相(xiang)同，而此幾階(jie)頻率正(zheng)好(hao)落在前(qian)三(san)階(jie)激振頻率的(de)共振區內(nei)，故應對(dui)管(guan)系(xi)(xi)的(de)結構進行修改(gai)。
上述分離器出口架空管(guan)線振動的(de)主要(yao)原因是用來支(zhi)承(cheng)的(de)立柱的(de)剛度較低，由于管(guan)線較高(gao)（EL＋7000），立柱的(de)剛度設(she)(she)計(ji)很難滿足要(yao)求。故必須將(jiang)此架空管(guan)線修改為沿地(di)面敷設(she)(she)，在地(di)面設(she)(she)管(guan)墩(dun)支(zhi)承(cheng)。
修(xiu)改后的管系固有頻率計(ji)算如下：20.08Hz、24.95Hz、25.49Hz、26.24Hz、26.88Hz、29.30Hz、32.15Hz、32.17Hz、32.18Hz、32.23Hz。
前幾階頻率(lv)都完全避開了激(ji)振(zhen)主(zhu)頻的共振(zhen)頻率(lv)區(qu)。
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）。
