現(xian)場(chang)檢查發現(xian)，某循環(huan)氫(qing)壓(ya)縮機入口(kou)(kou)管(guan)線(xian)(xian)從入口(kou)(kou)分(fen)液罐(guan)到催化劑分(fen)離(li)器間管(guan)線(xian)(xian)及分(fen)離(li)器出口(kou)(kou)段架(jia)空管(guan)線(xian)(xian)振(zhen)動(dong)較大，且帶(dai)動(dong)與(yu)其相連的(de)設備和立柱一起振(zhen)動(dong)。為解決此振(zhen)動(dong)問題，需進(jin)行管(guan)道系統氣流脈(mo)動(dong)和機械振(zhen)動(dong)控(kong)制的(de)計(ji)算與(yu)研(yan)究，以達(da)到安全運行的(de)目的(de)。
1. 氣柱固有頻率(lv)分(fen)析
往復式壓(ya)縮機的(de)管流(liu)(liu)速一般都比較低（(4~20m/s)，與氣(qi)(qi)體(ti)的(de)聲速相比（空氣(qi)(qi)常溫下(xia)為340m／s）可以略(lve)去(qu)不(bu)計，把(ba)管內所含(han)有(you)的(de)氣(qi)(qi)體(ti)視作靜止的(de)，稱為氣(qi)(qi)柱，氣(qi)(qi)流(liu)(liu)脈動共(gong)振現(xian)象(xiang)發生在激發頻率與氣(qi)(qi)柱固(gu)有(you)頻率相重合(he)的(de)時候，所以，欲避開氣(qi)(qi)流(liu)(liu)脈動共(gong)振，需確定(ding)管系氣(qi)(qi)柱固(gu)有(you)頻率。
管(guan)系氣柱(zhu)(zhu)是(shi)多自由(you)度的振動(dong)系統，它有(you)許多階(jie)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)。氣柱(zhu)(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)取決于系統內(nei)的介質參數以(yi)及管(guan)系尺寸(cun)、器件和管(guan)系的幾何(he)配置。在(zai)壓(ya)縮機端，氣柱(zhu)(zhu)受到持(chi)久的周期(qi)性激(ji)發(fa)作用。激(ji)發(fa)頻(pin)率(lv)(lv)也存(cun)在(zai)著若干階(jie)，這(zhe)些階(jie)的激(ji)發(fa)頻(pin)率(lv)(lv)若有(you)一(yi)個與(yu)氣柱(zhu)(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)重合(he)，就(jiu)會引起氣柱(zhu)(zhu)共振。此時管(guan)流脈(mo)(mo)動(dong)激(ji)烈。做到任何(he)一(yi)階(jie)都不重合(he)常常會遇到很(hen)大困(kun)難，通常要求避開一(yi)階(jie)、二(er)階(jie)或更(geng)高一(yi)階(jie)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)的共振，以(yi)便把脈(mo)(mo)動(dong)控制在(zai)允許的范圍內(nei)。工程(cheng)上規(gui)定，激(ji)發(fa)頻(pin)率(lv)(lv)與(yu)氣柱(zhu)(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)的比值(zhi)，若在(zai)0.8～1.2范圍內(nei)，脈(mo)(mo)動(dong)都是(shi)大的，稱此范圍為共振區。
轉(zhuan)速為(wei)333r／min，激發(fa)(fa)主頻(pin)率(lv)(lv)的(de)共振(zhen)區為(wei)8.88～13.32Hz，要(yao)求(qiu)氣柱(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)的(de)前三階應避開激發(fa)(fa)主頻(pin)率(lv)(lv)的(de)共振(zhen)區。
計(ji)算結果表明(ming)（過(guo)程略）：前三(san)階(jie)(jie)氣柱固有頻率(lv)分(fen)(fen)別為2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第二、三(san)階(jie)(jie)頻率(lv)落在激(ji)發主頻率(lv)的共振區。要想避開(kai)，必須采(cai)取修改管(guan)道走向或加(jia)緩(huan)沖器、孔板等(deng)措(cuo)施。緩(huan)沖器容積加(jia)大到0.69m3時(shi)，前三(san)階(jie)(jie)氣柱固有頻率(lv)分(fen)(fen)別為2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都避開(kai)了(le)主頻率(lv)的共振區。
2. 氣流(liu)脈動分析(xi)
過大的(de)氣流脈動(dong)會引起管道的(de)機械(xie)振動(dong)。消減氣流脈動(dong)的(de)方法是比較(jiao)多的(de)，可以根據(ju)實際(ji)情況，按(an)API618標準衡(heng)量原管系的(de)壓力脈動(dong)值(zhi)是否在允許(xu)范圍內，并采取(qu)相(xiang)應(ying)措施。
改變緩沖(chong)器的容積是(shi)最簡單有(you)效(xiao)的消振措施，但(dan)容積大(da)小要(yao)合標準，安(an)裝(zhuang)位(wei)置要(yao)足(zu)夠(gou)靠(kao)近氣缸(gang)，才能使(shi)后繼管線氣流(liu)足(zu)夠(gou)平穩，達到API618標準。如(ru)(ru)果增設(she)孔板(ban)(ban)，則孔板(ban)(ban)計算(suan)要(yao)精確，安(an)裝(zhuang)位(wei)置要(yao)恰當(dang)，還應計算(suan)孔板(ban)(ban)阻力損失(shi)，使(shi)損失(shi)在允許(xu)范(fan)圍內。如(ru)(ru)果條件(jian)允許(xu)，采(cai)取適當(dang)改變管徑(jing)、增加支管等措施也是(shi)行之(zhi)有(you)效(xiao)的。
入口管系壓(ya)力脈動(dong)不均勻度計算值最大(da)點與API標(biao)準允(yun)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。
計算(suan)結果(guo)表明：壓(ya)力脈動值均符合(he)API標準。
3．機械振(zhen)動(dong)分析(xi)
氣流脈(mo)動(dong)的(de)(de)壓力波動(dong)力與壓縮機運行時的(de)(de)作(zuo)用(yong)力和慣性力都(dou)影(ying)響(xiang)著管道(dao)振動(dong)，同時管道(dao)的(de)(de)布置和支承(cheng)情況也(ye)直接(jie)影(ying)響(xiang)著管道(dao)振動(dong)，在脈(mo)動(dong)控(kong)制(zhi)研究中顯然已把脈(mo)動(dong)值(zhi)控(kong)制(zhi)在允許范圍(wei)內(nei)，但如(ru)果管道(dao)的(de)(de)走向(xiang)不當、支承(cheng)間距(ju)不當或支承(cheng)設計不合理，即使(shi)氣流脈(mo)動(dong)不大，也(ye)同樣會引起危險的(de)(de)管道(dao)振動(dong)。
機(ji)械(xie)系統有(you)其本身的固有(you)頻率，當(dang)這些頻率的某一階(jie)或(huo)幾階(jie)與激發頻率接近時，會發生機(ji)械(xie)共(gong)振現象，此時，管道振動較大。
另外，還應注意氣柱(zhu)系統固(gu)有(you)頻(pin)率與機械系統固(gu)有(you)頻(pin)率是(shi)否(fou)重疊的(de)問題(ti)，研(yan)究工作的(de)任務是(shi)使兩者與激發頻(pin)率在前(qian)幾(ji)階不重合(he)。
從管道(dao)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)的(de)(de)(de)觀點看，對管系施加恰當的(de)(de)(de)約束可以調整其機(ji)械固有(you)(you)頻(pin)率(lv)(lv)，使(shi)機(ji)械固有(you)(you)頻(pin)率(lv)(lv)與激振(zhen)(zhen)(zhen)力(li)頻(pin)率(lv)(lv)不(bu)重(zhong)合，支承要有(you)(you)足夠(gou)的(de)(de)(de)剛(gang)性(xing)以便(bian)控(kong)制殘(can)留的(de)(de)(de)激振(zhen)(zhen)(zhen)力(li)所引起的(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)。較低頻(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)模態是由(you)管道(dao)的(de)(de)(de)橫向振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)組成的(de)(de)(de)，故(gu)在(zai)支承有(you)(you)足夠(gou)剛(gang)度的(de)(de)(de)基礎上。在(zai)管道(dao)的(de)(de)(de)徑向不(bu)應有(you)(you)任何間隙(xi)，但(dan)應允許管道(dao)在(zai)軸(zhou)向有(you)(you)位移的(de)(de)(de)可能。
在(zai)(zai)(zai)(zai)管(guan)(guan)道的(de)(de)布置上(shang)(shang)(shang)(shang)，有(you)(you)集中質量（閥、法蘭）等的(de)(de)部位應注意(yi)適當支(zhi)承。另外在(zai)(zai)(zai)(zai)彎(wan)頭、異徑管(guan)(guan)等存在(zai)(zai)(zai)(zai)激振(zhen)力(li)的(de)(de)部位，約束應盡量靠近這(zhe)(zhe)些地方，即使(shi)對于直(zhi)徑較(jiao)小的(de)(de)管(guan)(guan)道也有(you)(you)避免長距(ju)離無支(zhi)承或(huo)懸吊的(de)(de)情況。在(zai)(zai)(zai)(zai)管(guan)(guan)道緩(huan)沖器(qi)上(shang)(shang)(shang)(shang)的(de)(de)閥或(huo)儀表等，也應將(jiang)其支(zhi)承在(zai)(zai)(zai)(zai)母管(guan)(guan)或(huo)容器(qi)上(shang)(shang)(shang)(shang)，目的(de)(de)是(shi)為了防止這(zhe)(zhe)些元件一起振(zhen)動時(shi)，形成不同(tong)的(de)(de)振(zhen)動而導(dao)致(zhi)破壞(huai)應力(li)產(chan)生(sheng)。避免將(jiang)分支(zhi)上(shang)(shang)(shang)(shang)的(de)(de)閥或(huo)儀表等支(zhi)承在(zai)(zai)(zai)(zai)振(zhen)動物體(ti)上(shang)(shang)(shang)(shang)，因為兩者振(zhen)動不同(tong)會產(chan)生(sheng)附加動應力(li)。
管(guan)(guan)(guan)道(dao)跨距對于不同的管(guan)(guan)(guan)道(dao)配置是(shi)不同的，以(yi)保證每一(yi)管(guan)(guan)(guan)道(dao)在(zai)結(jie)構上具有(you)合適的局部固有(you)頻率。為了增加管(guan)(guan)(guan)卡(ka)的阻尼(ni)，可使用少許可以(yi)壓縮的襯墊材料(liao)，如石棉橡膠等材料(liao)，確保管(guan)(guan)(guan)卡(ka)與管(guan)(guan)(guan)道(dao)充分接觸，在(zai)管(guan)(guan)(guan)的徑向沒(mei)有(you)任何(he)間隙。
根據壓縮(suo)機的(de)(de)轉速，計算的(de)(de)激(ji)發(fa)主頻(pin)（二階）為(wei)11.1Hz，共振(zhen)(zhen)區(qu)的(de)(de)頻(pin)率范圍(wei)（0.8～1.2）f為(wei)8.88～13.32Hz。設計的(de)(de)原則應使壓縮(suo)機的(de)(de)進出口管系的(de)(de)結構固有頻(pin)率至少前三階避開激(ji)發(fa)頻(pin)率共振(zhen)(zhen)區(qu)的(de)(de)頻(pin)率范圍(wei)。
下(xia)列數據是對壓縮機(ji)入(ru)口管(guan)系的(de)前十階固有頻(pin)率的(de)計算(suan)結(jie)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)察管(guan)系的(de)各階振動模(mo)態(tai)可知，在7.48Hz、16.05Hz下(xia)的(de)振動模(mo)態(tai)為(wei)架空管(guan)線振動，與現場觀(guan)察的(de)振動情況相(xiang)同(tong)，而此幾階頻(pin)率正好(hao)落在前三階激(ji)振頻(pin)率的(de)共(gong)振區內(nei)，故(gu)應(ying)對管(guan)系的(de)結(jie)構進(jin)行修改(gai)。
上述分離器出(chu)口架空管線(xian)(xian)振動的(de)主要原因是用來支承(cheng)的(de)立柱的(de)剛度(du)較低，由(you)于管線(xian)(xian)較高（EL＋7000），立柱的(de)剛度(du)設計(ji)很難滿足(zu)要求。故必須將此架空管線(xian)(xian)修(xiu)改為沿地面敷(fu)設，在地面設管墩(dun)支承(cheng)。
修改(gai)后(hou)的管系(xi)固有頻率計(ji)算(suan)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(jie)頻率都完全避開了激(ji)振(zhen)主頻的共振(zhen)頻率區。
4. 推(tui)薦方(fang)案要(yao)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）。
