現(xian)場檢查發現(xian)，某循環氫壓縮(suo)機(ji)入口管(guan)線(xian)從入口分液罐到催化劑分離器(qi)間管(guan)線(xian)及分離器(qi)出(chu)口段架空管(guan)線(xian)振(zhen)動較大，且帶(dai)動與(yu)其相連的設備和立柱一起振(zhen)動。為解決此振(zhen)動問題(ti)，需進(jin)行管(guan)道系統氣(qi)流脈動和機(ji)械振(zhen)動控制的計算與(yu)研究，以達到安全運行的目的。
1. 氣柱固有(you)頻率分析
往復式壓縮機的(de)管流(liu)速一般都比(bi)較低(di)（(4~20m/s)，與氣(qi)(qi)體(ti)的(de)聲速相比(bi)（空氣(qi)(qi)常溫下為340m／s）可(ke)以(yi)略(lve)去不計，把管內所含有(you)(you)的(de)氣(qi)(qi)體(ti)視(shi)作靜止(zhi)的(de)，稱(cheng)為氣(qi)(qi)柱(zhu)，氣(qi)(qi)流(liu)脈動共振(zhen)(zhen)現(xian)象(xiang)發生在激發頻率與氣(qi)(qi)柱(zhu)固有(you)(you)頻率相重合的(de)時候，所以(yi)，欲(yu)避開(kai)氣(qi)(qi)流(liu)脈動共振(zhen)(zhen)，需確定(ding)管系氣(qi)(qi)柱(zhu)固有(you)(you)頻率。
管(guan)(guan)系(xi)(xi)氣(qi)柱是多自由度的(de)(de)(de)振(zhen)動系(xi)(xi)統，它有(you)許多階固(gu)(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)。氣(qi)柱固(gu)(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)取決于系(xi)(xi)統內(nei)的(de)(de)(de)介質參數以及管(guan)(guan)系(xi)(xi)尺(chi)寸、器件和管(guan)(guan)系(xi)(xi)的(de)(de)(de)幾何配置。在(zai)壓縮機(ji)端，氣(qi)柱受到持久(jiu)的(de)(de)(de)周期性激(ji)(ji)發(fa)(fa)作用。激(ji)(ji)發(fa)(fa)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)也(ye)存(cun)在(zai)著若干(gan)階，這(zhe)些階的(de)(de)(de)激(ji)(ji)發(fa)(fa)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)若有(you)一個與(yu)氣(qi)柱固(gu)(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)重(zhong)合，就會引(yin)起氣(qi)柱共(gong)振(zhen)。此時(shi)管(guan)(guan)流脈(mo)動激(ji)(ji)烈。做到任何一階都不重(zhong)合常常會遇到很大(da)(da)困難，通(tong)常要求避開(kai)一階、二階或更(geng)高一階固(gu)(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)共(gong)振(zhen)，以便把(ba)脈(mo)動控制在(zai)允許的(de)(de)(de)范(fan)圍內(nei)。工程上規定，激(ji)(ji)發(fa)(fa)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)與(yu)氣(qi)柱固(gu)(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)比(bi)值，若在(zai)0.8～1.2范(fan)圍內(nei)，脈(mo)動都是大(da)(da)的(de)(de)(de)，稱此范(fan)圍為共(gong)振(zhen)區。
轉(zhuan)速為333r／min，激發主(zhu)頻率的(de)共振(zhen)(zhen)區為8.88～13.32Hz，要求氣柱固有頻率的(de)前三階(jie)應避開(kai)激發主(zhu)頻率的(de)共振(zhen)(zhen)區。
計(ji)算結果表明（過程略(lve)）：前三(san)(san)階氣柱固有頻率(lv)(lv)分別(bie)為(wei)2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第二(er)、三(san)(san)階頻率(lv)(lv)落在激發主頻率(lv)(lv)的(de)共振區(qu)。要想(xiang)避開(kai)，必(bi)須(xu)采取修改管道走向或加緩沖器(qi)、孔板(ban)等措施(shi)。緩沖器(qi)容積加大(da)到0.69m3時，前三(san)(san)階氣柱固有頻率(lv)(lv)分別(bie)為(wei)2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都(dou)避開(kai)了(le)主頻率(lv)(lv)的(de)共振區(qu)。
2. 氣流脈動分(fen)析(xi)
過大的(de)氣(qi)流(liu)脈(mo)動(dong)(dong)會(hui)引起管道的(de)機(ji)械振動(dong)(dong)。消減氣(qi)流(liu)脈(mo)動(dong)(dong)的(de)方法是比較多的(de)，可以根據實際情況，按API618標準衡(heng)量(liang)原管系的(de)壓力脈(mo)動(dong)(dong)值是否在(zai)允許范圍內，并(bing)采取相(xiang)應(ying)措施。
改變(bian)(bian)緩(huan)沖器的容積是最(zui)簡單(dan)有(you)效的消振措施，但容積大小要(yao)(yao)(yao)合標準(zhun)，安(an)裝位置要(yao)(yao)(yao)足夠(gou)靠(kao)近氣缸，才能(neng)使后繼管(guan)線氣流足夠(gou)平穩，達到API618標準(zhun)。如(ru)果增設(she)孔板(ban)，則孔板(ban)計算要(yao)(yao)(yao)精確，安(an)裝位置要(yao)(yao)(yao)恰當，還應計算孔板(ban)阻力(li)損(sun)失(shi)，使損(sun)失(shi)在允許范圍(wei)內。如(ru)果條件(jian)允許，采取適當改變(bian)(bian)管(guan)徑、增加支(zhi)管(guan)等措施也是行(xing)之(zhi)有(you)效的。
入口管系(xi)壓(ya)力脈動不均勻度計算值(zhi)最大點與API標準允許值(zhi)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(suan)結果表明：壓力脈(mo)動(dong)值均符(fu)合(he)API標準。
3．機械振動分析
氣(qi)流(liu)脈動(dong)(dong)的(de)(de)(de)壓力波(bo)動(dong)(dong)力與壓縮機運行時的(de)(de)(de)作(zuo)用力和慣(guan)性力都影(ying)響(xiang)著(zhu)管(guan)道(dao)振(zhen)動(dong)(dong)，同(tong)時管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)布置(zhi)和支承情況也(ye)直接影(ying)響(xiang)著(zhu)管(guan)道(dao)振(zhen)動(dong)(dong)，在脈動(dong)(dong)控(kong)制研究中(zhong)顯(xian)然已把(ba)脈動(dong)(dong)值控(kong)制在允(yun)許范圍內，但(dan)如果管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)走向不當、支承間距不當或支承設計不合理(li)，即使氣(qi)流(liu)脈動(dong)(dong)不大，也(ye)同(tong)樣會引起危險(xian)的(de)(de)(de)管(guan)道(dao)振(zhen)動(dong)(dong)。
機械系統有(you)其本身的固(gu)有(you)頻率，當這(zhe)些頻率的某一階或幾階與激發頻率接近時，會發生(sheng)機械共振(zhen)現象，此時，管道(dao)振(zhen)動較大。
另(ling)外，還(huan)應(ying)注意氣柱系統固有頻率與(yu)機(ji)械系統固有頻率是否(fou)重(zhong)(zhong)疊的問題，研究工作的任務是使兩者與(yu)激(ji)發頻率在前幾階不重(zhong)(zhong)合(he)。
從管(guan)道振(zhen)(zhen)動的(de)觀點看，對(dui)管(guan)系施(shi)加恰當的(de)約束可以調整其機械(xie)固有(you)(you)(you)頻(pin)率，使(shi)機械(xie)固有(you)(you)(you)頻(pin)率與(yu)激振(zhen)(zhen)力頻(pin)率不(bu)重合(he)，支承要有(you)(you)(you)足夠(gou)(gou)的(de)剛(gang)性以便控制(zhi)殘留的(de)激振(zhen)(zhen)力所(suo)引起的(de)振(zhen)(zhen)動。較低(di)頻(pin)率的(de)振(zhen)(zhen)動模(mo)態是由管(guan)道的(de)橫向(xiang)振(zhen)(zhen)動組成的(de)，故在(zai)(zai)支承有(you)(you)(you)足夠(gou)(gou)剛(gang)度的(de)基礎上。在(zai)(zai)管(guan)道的(de)徑向(xiang)不(bu)應(ying)有(you)(you)(you)任何間隙(xi)，但(dan)應(ying)允(yun)許(xu)管(guan)道在(zai)(zai)軸(zhou)向(xiang)有(you)(you)(you)位(wei)移的(de)可能。
在(zai)管道(dao)的(de)(de)布置上，有集中質量(liang)（閥、法蘭(lan)）等(deng)的(de)(de)部(bu)位應(ying)注(zhu)意(yi)適當支(zhi)承。另外在(zai)彎頭、異徑管等(deng)存(cun)在(zai)激振(zhen)(zhen)力的(de)(de)部(bu)位，約束應(ying)盡量(liang)靠近這些地方，即使對(dui)于直徑較小的(de)(de)管道(dao)也有避(bi)免長距(ju)離(li)無支(zhi)承或(huo)(huo)懸吊的(de)(de)情況。在(zai)管道(dao)緩沖器上的(de)(de)閥或(huo)(huo)儀表等(deng)，也應(ying)將(jiang)其支(zhi)承在(zai)母(mu)管或(huo)(huo)容器上，目(mu)的(de)(de)是為(wei)了防止這些元件一(yi)起(qi)振(zhen)(zhen)動(dong)時，形(xing)成不(bu)同(tong)的(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)而導致破壞應(ying)力產(chan)生。避(bi)免將(jiang)分(fen)支(zhi)上的(de)(de)閥或(huo)(huo)儀表等(deng)支(zhi)承在(zai)振(zhen)(zhen)動(dong)物體上，因為(wei)兩者(zhe)振(zhen)(zhen)動(dong)不(bu)同(tong)會產(chan)生附加動(dong)應(ying)力。
管(guan)道(dao)跨距對于不(bu)(bu)同的(de)管(guan)道(dao)配(pei)置是不(bu)(bu)同的(de)，以(yi)保證每一管(guan)道(dao)在結構上(shang)具有合適的(de)局部固有頻率。為(wei)了增加管(guan)卡(ka)的(de)阻尼，可使用少許可以(yi)壓(ya)縮的(de)襯墊材料(liao)(liao)，如(ru)石棉橡(xiang)膠等材料(liao)(liao)，確保管(guan)卡(ka)與管(guan)道(dao)充分接觸(chu)，在管(guan)的(de)徑(jing)向沒有任何間隙。
根據壓縮(suo)機的(de)(de)轉速(su)，計算的(de)(de)激發(fa)主(zhu)頻（二階(jie)）為11.1Hz，共(gong)(gong)振區的(de)(de)頻率(lv)范圍(wei)（0.8～1.2）f為8.88～13.32Hz。設計的(de)(de)原則應使(shi)壓縮(suo)機的(de)(de)進出口管系(xi)的(de)(de)結構固(gu)有頻率(lv)至少(shao)前三(san)階(jie)避開激發(fa)頻率(lv)共(gong)(gong)振區的(de)(de)頻率(lv)范圍(wei)。
下列數據是對(dui)壓縮(suo)機入口(kou)管(guan)系(xi)的(de)(de)(de)(de)前十階(jie)固有頻(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)計算結果：7.48Hz、16.05Hz、20.14Hz、25.87Hz、26.75Hz、26.87Hz、29.14Hz、29.30Hz、32.13Hz、32.17Hz。通過(guo)觀察(cha)管(guan)系(xi)的(de)(de)(de)(de)各階(jie)振(zhen)動模態(tai)(tai)可知，在7.48Hz、16.05Hz下的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動模態(tai)(tai)為架空(kong)管(guan)線振(zhen)動，與現場觀察(cha)的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動情況相同，而(er)此幾階(jie)頻(pin)率(lv)(lv)正好落在前三階(jie)激振(zhen)頻(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)共振(zhen)區內，故應對(dui)管(guan)系(xi)的(de)(de)(de)(de)結構(gou)進行修改。
上述分離器出口架空管線振動的主要(yao)(yao)原因是用(yong)來支承的立柱(zhu)的剛度較低(di)，由于管線較高（EL＋7000），立柱(zhu)的剛度設計(ji)很難滿足要(yao)(yao)求。故必(bi)須(xu)將此架空管線修改為沿地(di)面(mian)敷設，在地(di)面(mian)設管墩(dun)支承。
修改后的管系固(gu)有頻(pin)率(lv)計算如(ru)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)(pin)率(lv)都完(wan)全避開了激振主(zhu)頻(pin)(pin)的共(gong)振頻(pin)(pin)率(lv)區。
4. 推薦方案要(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）。
