現場檢查發現，某循環氫壓縮機入(ru)口(kou)(kou)管(guan)(guan)線從入(ru)口(kou)(kou)分液罐到催化劑(ji)分離(li)器間管(guan)(guan)線及分離(li)器出口(kou)(kou)段(duan)架空管(guan)(guan)線振(zhen)動較(jiao)大，且帶動與其相(xiang)連(lian)的設備和立柱一起振(zhen)動。為(wei)解(jie)決此振(zhen)動問題，需進行管(guan)(guan)道(dao)系統氣流脈動和機械振(zhen)動控(kong)制的計算與研究，以達到安全運行的目(mu)的。
1. 氣柱(zhu)固有頻率(lv)分析
往復式壓縮機的管(guan)流(liu)速一(yi)般都(dou)比較低（(4~20m/s)，與氣(qi)(qi)體的聲(sheng)速相(xiang)比（空氣(qi)(qi)常溫下為340m／s）可以略去不計，把管(guan)內所(suo)含有的氣(qi)(qi)體視(shi)作靜(jing)止的，稱為氣(qi)(qi)柱，氣(qi)(qi)流(liu)脈動共(gong)振現象發(fa)生在激發(fa)頻(pin)率(lv)與氣(qi)(qi)柱固有頻(pin)率(lv)相(xiang)重合的時候，所(suo)以，欲避(bi)開氣(qi)(qi)流(liu)脈動共(gong)振，需確定(ding)管(guan)系氣(qi)(qi)柱固有頻(pin)率(lv)。
管(guan)(guan)(guan)系氣(qi)柱是(shi)多自(zi)由度(du)的振動系統(tong)，它有(you)許多階(jie)固(gu)有(you)頻率(lv)(lv)。氣(qi)柱固(gu)有(you)頻率(lv)(lv)取決于系統(tong)內的介質參(can)數(shu)以及管(guan)(guan)(guan)系尺寸、器件和管(guan)(guan)(guan)系的幾何(he)配置。在壓縮機端，氣(qi)柱受到持久(jiu)的周期(qi)性激(ji)發作用。激(ji)發頻率(lv)(lv)也存在著(zhu)若干(gan)階(jie)，這些(xie)階(jie)的激(ji)發頻率(lv)(lv)若有(you)一(yi)個與氣(qi)柱固(gu)有(you)頻率(lv)(lv)重合，就會引起氣(qi)柱共振。此(ci)時(shi)管(guan)(guan)(guan)流脈(mo)動激(ji)烈。做到任何(he)一(yi)階(jie)都不重合常常會遇(yu)到很大(da)困難(nan)，通常要求避開一(yi)階(jie)、二階(jie)或更高一(yi)階(jie)固(gu)有(you)頻率(lv)(lv)的共振，以便把(ba)脈(mo)動控(kong)制在允許的范圍(wei)內。工程上規定，激(ji)發頻率(lv)(lv)與氣(qi)柱固(gu)有(you)頻率(lv)(lv)的比值(zhi)，若在0.8～1.2范圍(wei)內，脈(mo)動都是(shi)大(da)的，稱此(ci)范圍(wei)為(wei)共振區。
轉速為(wei)333r／min，激發(fa)主頻(pin)率(lv)的共振區為(wei)8.88～13.32Hz，要求氣柱固有(you)頻(pin)率(lv)的前三階應避(bi)開激發(fa)主頻(pin)率(lv)的共振區。
計算結果表明（過程略）：前三階氣柱固有頻(pin)(pin)率(lv)分別為(wei)2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第二、三階頻(pin)(pin)率(lv)落(luo)在激發主頻(pin)(pin)率(lv)的共振區。要想避開，必須采取修改(gai)管道走(zou)向或加緩沖器、孔(kong)板等措(cuo)施。緩沖器容(rong)積加大到0.69m3時(shi)，前三階氣柱固有頻(pin)(pin)率(lv)分別為(wei)2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都避開了主頻(pin)(pin)率(lv)的共振區。
2. 氣流脈動分析(xi)
過大(da)的(de)氣流脈動(dong)(dong)(dong)會(hui)引起管道的(de)機械振動(dong)(dong)(dong)。消減氣流脈動(dong)(dong)(dong)的(de)方(fang)法是比較多的(de)，可(ke)以根據實際情況(kuang)，按API618標準衡量原(yuan)管系的(de)壓(ya)力脈動(dong)(dong)(dong)值是否在允(yun)許范圍內，并采取相應措施(shi)。
改變(bian)緩沖器的容積(ji)是最簡單有效的消(xiao)振措施，但容積(ji)大小要合標準(zhun)，安(an)(an)裝位置要足夠靠近(jin)氣缸(gang)，才能使后繼管線(xian)氣流足夠平穩(wen)，達到API618標準(zhun)。如果(guo)增設(she)孔(kong)(kong)板，則孔(kong)(kong)板計算(suan)要精(jing)確，安(an)(an)裝位置要恰當，還應計算(suan)孔(kong)(kong)板阻力損失，使損失在允許范圍內。如果(guo)條件(jian)允許，采取適當改變(bian)管徑、增加(jia)支(zhi)管等(deng)措施也是行之(zhi)有效的。
入口(kou)管(guan)系壓(ya)力(li)脈動不均勻(yun)度計算值最大點(dian)與API標準允許值的比較見表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(ji)算結果表明(ming)：壓(ya)力脈動(dong)值均(jun)符(fu)合API標準(zhun)。
3．機械振動分析
氣(qi)流(liu)脈(mo)動(dong)(dong)的(de)壓力波動(dong)(dong)力與壓縮機運行時的(de)作(zuo)用(yong)力和(he)慣性力都影(ying)響著管(guan)道(dao)振動(dong)(dong)，同時管(guan)道(dao)的(de)布置和(he)支承(cheng)情況也直接影(ying)響著管(guan)道(dao)振動(dong)(dong)，在(zai)脈(mo)動(dong)(dong)控制研究中顯然已把脈(mo)動(dong)(dong)值控制在(zai)允許范(fan)圍內(nei)，但如果管(guan)道(dao)的(de)走向不(bu)當、支承(cheng)間距不(bu)當或(huo)支承(cheng)設(she)計不(bu)合理，即使氣(qi)流(liu)脈(mo)動(dong)(dong)不(bu)大，也同樣會引起危險的(de)管(guan)道(dao)振動(dong)(dong)。
機械系統有其(qi)本身的固有頻(pin)率(lv)，當這些(xie)頻(pin)率(lv)的某一階或幾階與激發頻(pin)率(lv)接(jie)近時(shi)(shi)，會發生機械共(gong)振(zhen)現象(xiang)，此時(shi)(shi)，管道振(zhen)動較大。
另外(wai)，還(huan)應注意(yi)氣(qi)柱系統(tong)固(gu)有頻率與機(ji)械系統(tong)固(gu)有頻率是否重疊(die)的(de)問(wen)題(ti)，研究工作的(de)任(ren)務是使兩者與激發頻率在前幾階不重合。
從管(guan)(guan)道振動的(de)(de)(de)觀點(dian)看，對管(guan)(guan)系施加(jia)恰當(dang)的(de)(de)(de)約束可以調整其(qi)機械固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)，使機械固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)與激(ji)振力頻(pin)率(lv)不重合，支(zhi)承要(yao)有(you)足夠(gou)的(de)(de)(de)剛性以便控制殘留的(de)(de)(de)激(ji)振力所引起的(de)(de)(de)振動。較低(di)頻(pin)率(lv)的(de)(de)(de)振動模(mo)態(tai)是由管(guan)(guan)道的(de)(de)(de)橫向(xiang)振動組成(cheng)的(de)(de)(de)，故在支(zhi)承有(you)足夠(gou)剛度的(de)(de)(de)基礎上。在管(guan)(guan)道的(de)(de)(de)徑向(xiang)不應有(you)任何間隙，但應允(yun)許管(guan)(guan)道在軸(zhou)向(xiang)有(you)位移的(de)(de)(de)可能(neng)。
在管道的(de)(de)布置上(shang)，有(you)集中質量(liang)（閥、法蘭）等(deng)的(de)(de)部(bu)位應(ying)(ying)(ying)注意適當支(zhi)承(cheng)(cheng)。另外在彎(wan)頭、異徑管等(deng)存在激振(zhen)(zhen)力(li)(li)的(de)(de)部(bu)位，約束應(ying)(ying)(ying)盡量(liang)靠(kao)近這些地方，即(ji)使對于直徑較小的(de)(de)管道也(ye)有(you)避免(mian)長距離無支(zhi)承(cheng)(cheng)或(huo)(huo)懸吊的(de)(de)情況。在管道緩沖器(qi)上(shang)的(de)(de)閥或(huo)(huo)儀(yi)表(biao)等(deng)，也(ye)應(ying)(ying)(ying)將其(qi)支(zhi)承(cheng)(cheng)在母(mu)管或(huo)(huo)容器(qi)上(shang)，目(mu)的(de)(de)是為了(le)防止(zhi)這些元件一(yi)起(qi)振(zhen)(zhen)動(dong)時，形(xing)成不同的(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)而(er)導致破壞(huai)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)產生。避免(mian)將分(fen)支(zhi)上(shang)的(de)(de)閥或(huo)(huo)儀(yi)表(biao)等(deng)支(zhi)承(cheng)(cheng)在振(zhen)(zhen)動(dong)物體(ti)上(shang)，因為兩者(zhe)振(zhen)(zhen)動(dong)不同會產生附加(jia)動(dong)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)。
管(guan)(guan)道(dao)跨距(ju)對于不(bu)同的(de)(de)管(guan)(guan)道(dao)配置是不(bu)同的(de)(de)，以保證每一管(guan)(guan)道(dao)在結構上(shang)具(ju)有合適的(de)(de)局部(bu)固有頻(pin)率。為(wei)了增加管(guan)(guan)卡的(de)(de)阻(zu)尼(ni)，可使用少許可以壓縮的(de)(de)襯墊材料，如石棉橡膠等材料，確保管(guan)(guan)卡與管(guan)(guan)道(dao)充分接觸，在管(guan)(guan)的(de)(de)徑向(xiang)沒(mei)有任(ren)何間隙。
根據壓(ya)縮機的(de)(de)轉(zhuan)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(lv)范(fan)圍（0.8～1.2）f為(wei)8.88～13.32Hz。設計的(de)(de)原則應使壓(ya)縮機的(de)(de)進出口管(guan)系的(de)(de)結構固有頻(pin)率(lv)至(zhi)少前三階避開(kai)激發(fa)頻(pin)率(lv)共振區的(de)(de)頻(pin)率(lv)范(fan)圍。
下列數據(ju)是對壓縮機入(ru)口(kou)管(guan)系(xi)的(de)(de)(de)前十階(jie)固(gu)有頻率(lv)(lv)的(de)(de)(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。通過觀(guan)察(cha)管(guan)系(xi)的(de)(de)(de)各階(jie)振(zhen)動(dong)(dong)模態(tai)可知(zhi)，在7.48Hz、16.05Hz下的(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)模態(tai)為架空管(guan)線(xian)振(zhen)動(dong)(dong)，與(yu)現場(chang)觀(guan)察(cha)的(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)情況相同，而此幾(ji)階(jie)頻率(lv)(lv)正(zheng)好落在前三(san)階(jie)激振(zhen)頻率(lv)(lv)的(de)(de)(de)共振(zhen)區內(nei)，故應對管(guan)系(xi)的(de)(de)(de)結構進行修改。
上述分離器出口(kou)架(jia)空管(guan)(guan)線(xian)振動的(de)(de)(de)主要原因是用來支(zhi)(zhi)承(cheng)的(de)(de)(de)立(li)柱的(de)(de)(de)剛度較(jiao)低，由于(yu)管(guan)(guan)線(xian)較(jiao)高（EL＋7000），立(li)柱的(de)(de)(de)剛度設計很難滿足(zu)要求。故必須(xu)將此(ci)架(jia)空管(guan)(guan)線(xian)修改為沿地面敷設，在地面設管(guan)(guan)墩(dun)支(zhi)(zhi)承(cheng)。
修(xiu)改后的管系固(gu)有頻率(lv)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)率都(dou)完全(quan)避(bi)開了激振(zhen)主頻(pin)的共振(zhen)頻(pin)率區。
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）。
