現場(chang)檢查發現，某循環(huan)氫壓縮機入口(kou)管(guan)線從入口(kou)分(fen)液罐到(dao)催化劑分(fen)離(li)器(qi)間管(guan)線及(ji)分(fen)離(li)器(qi)出口(kou)段架空管(guan)線振(zhen)動較大(da)，且帶動與其相連的(de)設備和(he)立柱一起振(zhen)動。為解決此振(zhen)動問(wen)題，需進行(xing)管(guan)道(dao)系統氣(qi)流脈動和(he)機械振(zhen)動控制的(de)計算(suan)與研(yan)究，以達(da)到(dao)安全(quan)運行(xing)的(de)目的(de)。
1. 氣柱固有頻率分(fen)析
往復式壓縮機的管流(liu)速一(yi)般都比(bi)較低（(4~20m/s)，與氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體的聲(sheng)速相比(bi)（空氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)常溫下為(wei)340m／s）可以略去不計，把管內(nei)所含有(you)的氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體視作靜(jing)止的，稱為(wei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)柱(zhu)，氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)流(liu)脈動共振現象(xiang)發(fa)生在(zai)激發(fa)頻率與氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)柱(zhu)固有(you)頻率相重合的時(shi)候，所以，欲避開氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)流(liu)脈動共振，需確(que)定管系氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)柱(zhu)固有(you)頻率。
管(guan)系氣(qi)(qi)柱(zhu)是(shi)多(duo)自(zi)由(you)度的(de)(de)振(zhen)動(dong)系統，它(ta)有(you)(you)(you)許多(duo)階(jie)(jie)(jie)固(gu)(gu)有(you)(you)(you)頻率(lv)。氣(qi)(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)有(you)(you)(you)頻率(lv)取決于系統內(nei)的(de)(de)介(jie)質參數(shu)以及管(guan)系尺寸(cun)、器件和管(guan)系的(de)(de)幾何配置。在(zai)壓(ya)縮(suo)機(ji)端，氣(qi)(qi)柱(zhu)受到(dao)持久(jiu)的(de)(de)周期性激(ji)(ji)發(fa)(fa)作用(yong)。激(ji)(ji)發(fa)(fa)頻率(lv)也存在(zai)著(zhu)若干(gan)階(jie)(jie)(jie)，這些(xie)階(jie)(jie)(jie)的(de)(de)激(ji)(ji)發(fa)(fa)頻率(lv)若有(you)(you)(you)一(yi)個與氣(qi)(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)有(you)(you)(you)頻率(lv)重合(he)，就會引起(qi)氣(qi)(qi)柱(zhu)共(gong)振(zhen)。此(ci)(ci)時管(guan)流脈(mo)動(dong)激(ji)(ji)烈。做(zuo)到(dao)任何一(yi)階(jie)(jie)(jie)都(dou)不(bu)重合(he)常常會遇(yu)到(dao)很大困難，通常要求避開一(yi)階(jie)(jie)(jie)、二階(jie)(jie)(jie)或更(geng)高一(yi)階(jie)(jie)(jie)固(gu)(gu)有(you)(you)(you)頻率(lv)的(de)(de)共(gong)振(zhen)，以便把(ba)脈(mo)動(dong)控制(zhi)在(zai)允許的(de)(de)范(fan)圍(wei)內(nei)。工程上規定，激(ji)(ji)發(fa)(fa)頻率(lv)與氣(qi)(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)有(you)(you)(you)頻率(lv)的(de)(de)比值，若在(zai)0.8～1.2范(fan)圍(wei)內(nei)，脈(mo)動(dong)都(dou)是(shi)大的(de)(de)，稱此(ci)(ci)范(fan)圍(wei)為共(gong)振(zhen)區(qu)。
轉速為333r／min，激(ji)發(fa)主頻率的(de)共(gong)振區(qu)為8.88～13.32Hz，要求氣柱固(gu)有頻率的(de)前三階應避(bi)開激(ji)發(fa)主頻率的(de)共(gong)振區(qu)。
計算(suan)結果表明（過程略）：前三階氣柱固有頻率分(fen)別為(wei)2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第二(er)、三階頻率落在激(ji)發主頻率的(de)共振區。要(yao)想避開(kai)，必(bi)須采取修(xiu)改(gai)管道走向或加緩(huan)沖器(qi)、孔(kong)板等措施。緩(huan)沖器(qi)容積加大到0.69m3時，前三階氣柱固有頻率分(fen)別為(wei)2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都避開(kai)了主頻率的(de)共振區。
2. 氣流(liu)脈動分析
過大的氣流脈動會引起管(guan)道的機械振動。消減(jian)氣流脈動的方法是(shi)比較多的，可以根據實際情(qing)況(kuang)，按(an)API618標準衡量(liang)原管(guan)系的壓力脈動值是(shi)否在允許范(fan)圍(wei)內，并采取(qu)相應(ying)措施(shi)。
改變(bian)緩沖器的容(rong)積是(shi)最簡單有(you)效的消振措施(shi)，但容(rong)積大小要(yao)合標準，安裝位置(zhi)要(yao)足夠(gou)靠近(jin)氣缸(gang)，才能使后繼管線氣流足夠(gou)平穩，達到(dao)API618標準。如果(guo)增設孔板，則孔板計算(suan)要(yao)精確，安裝位置(zhi)要(yao)恰當，還(huan)應計算(suan)孔板阻力損(sun)失，使損(sun)失在允許(xu)范圍內。如果(guo)條件允許(xu)，采取適(shi)當改變(bian)管徑、增加支管等措施(shi)也是(shi)行之(zhi)有(you)效的。
入口管系壓力(li)脈動不(bu)均勻(yun)度計算值最(zui)大點(dian)與(yu)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。
計算(suan)結果表明(ming)：壓力脈動值均符合(he)API標準(zhun)。
3．機械振(zhen)動(dong)分析
氣(qi)流(liu)脈(mo)動(dong)(dong)的壓力波動(dong)(dong)力與壓縮機運行(xing)時(shi)的作(zuo)用力和慣性力都影響著(zhu)管道(dao)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)，同時(shi)管道(dao)的布置(zhi)和支承情況也直接影響著(zhu)管道(dao)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)，在脈(mo)動(dong)(dong)控制(zhi)研究中顯(xian)然已把脈(mo)動(dong)(dong)值控制(zhi)在允許范圍內，但如果管道(dao)的走向不(bu)(bu)當(dang)、支承間(jian)距(ju)不(bu)(bu)當(dang)或支承設計不(bu)(bu)合理，即(ji)使氣(qi)流(liu)脈(mo)動(dong)(dong)不(bu)(bu)大，也同樣會引(yin)起危(wei)險的管道(dao)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)。
機械系(xi)統有其本身(shen)的固(gu)有頻率，當這些(xie)頻率的某一階或幾階與激發(fa)頻率接近時，會發(fa)生機械共振現(xian)象(xiang)，此時，管道振動較(jiao)大。
另外，還應注(zhu)意(yi)氣(qi)柱系統(tong)固有頻(pin)率(lv)與機(ji)械系統(tong)固有頻(pin)率(lv)是否重(zhong)疊的問題，研究工作的任務是使兩(liang)者(zhe)與激發頻(pin)率(lv)在前(qian)幾階不重(zhong)合。
從管(guan)道振(zhen)動(dong)的(de)(de)(de)(de)觀點看，對(dui)管(guan)系(xi)施加恰當(dang)的(de)(de)(de)(de)約束(shu)可以(yi)調整其機械固有(you)(you)(you)(you)頻(pin)率(lv)，使機械固有(you)(you)(you)(you)頻(pin)率(lv)與激振(zhen)力(li)(li)頻(pin)率(lv)不重(zhong)合，支承要有(you)(you)(you)(you)足(zu)夠(gou)的(de)(de)(de)(de)剛性以(yi)便控(kong)制殘(can)留的(de)(de)(de)(de)激振(zhen)力(li)(li)所引起的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)。較(jiao)低頻(pin)率(lv)的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)模態(tai)是由管(guan)道的(de)(de)(de)(de)橫向振(zhen)動(dong)組成的(de)(de)(de)(de)，故(gu)在(zai)支承有(you)(you)(you)(you)足(zu)夠(gou)剛度(du)的(de)(de)(de)(de)基礎上。在(zai)管(guan)道的(de)(de)(de)(de)徑向不應有(you)(you)(you)(you)任何間隙，但(dan)應允許管(guan)道在(zai)軸向有(you)(you)(you)(you)位(wei)移的(de)(de)(de)(de)可能。
在(zai)管(guan)道(dao)的(de)布置上(shang)(shang)，有(you)集(ji)中質量（閥(fa)、法蘭(lan)）等(deng)的(de)部位應(ying)注(zhu)意適(shi)當(dang)支(zhi)承(cheng)。另外(wai)在(zai)彎(wan)頭、異徑(jing)(jing)管(guan)等(deng)存(cun)在(zai)激振(zhen)(zhen)(zhen)力的(de)部位，約(yue)束應(ying)盡量靠近這些地方，即使對于直徑(jing)(jing)較小的(de)管(guan)道(dao)也(ye)有(you)避免(mian)長距(ju)離無支(zhi)承(cheng)或(huo)懸吊(diao)的(de)情況。在(zai)管(guan)道(dao)緩沖(chong)器上(shang)(shang)的(de)閥(fa)或(huo)儀表等(deng)，也(ye)應(ying)將(jiang)(jiang)其支(zhi)承(cheng)在(zai)母管(guan)或(huo)容器上(shang)(shang)，目的(de)是為(wei)了防止這些元件一(yi)起(qi)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)時，形成不同的(de)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)而導致破壞應(ying)力產生。避免(mian)將(jiang)(jiang)分支(zhi)上(shang)(shang)的(de)閥(fa)或(huo)儀表等(deng)支(zhi)承(cheng)在(zai)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)物體上(shang)(shang)，因(yin)為(wei)兩者振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)不同會產生附加動(dong)(dong)應(ying)力。
管(guan)(guan)(guan)道跨距(ju)對于不同的管(guan)(guan)(guan)道配置是不同的，以保(bao)(bao)證(zheng)每一管(guan)(guan)(guan)道在結構上具(ju)有(you)(you)合(he)適的局部固有(you)(you)頻率。為了(le)增加(jia)管(guan)(guan)(guan)卡(ka)的阻(zu)尼(ni)，可使用少許(xu)可以壓縮的襯墊(dian)材料，如石棉橡膠(jiao)等材料，確保(bao)(bao)管(guan)(guan)(guan)卡(ka)與管(guan)(guan)(guan)道充分接觸，在管(guan)(guan)(guan)的徑向沒有(you)(you)任何間隙。
根據(ju)壓縮機的(de)(de)轉速，計算的(de)(de)激(ji)發主頻(pin)（二階）為(wei)11.1Hz，共振區的(de)(de)頻(pin)率范圍(wei)(wei)（0.8～1.2）f為(wei)8.88～13.32Hz。設(she)計的(de)(de)原則應使(shi)壓縮機的(de)(de)進出口(kou)管系的(de)(de)結構固有頻(pin)率至少前三階避開激(ji)發頻(pin)率共振區的(de)(de)頻(pin)率范圍(wei)(wei)。
下列數據是對壓縮機入口管系的(de)(de)前十階固有頻(pin)率的(de)(de)計(ji)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(cha)管系的(de)(de)各階振(zhen)動模態(tai)可(ke)知，在7.48Hz、16.05Hz下的(de)(de)振(zhen)動模態(tai)為架空(kong)管線振(zhen)動，與現場(chang)觀(guan)察(cha)的(de)(de)振(zhen)動情況(kuang)相同，而此幾(ji)階頻(pin)率正好落在前三階激振(zhen)頻(pin)率的(de)(de)共振(zhen)區內(nei)，故應(ying)對管系的(de)(de)結(jie)構進(jin)行修改(gai)。
上(shang)述分離器出口架(jia)空管線振動(dong)的(de)(de)(de)主要原因(yin)是(shi)用來支承的(de)(de)(de)立(li)柱(zhu)的(de)(de)(de)剛度較(jiao)低，由(you)于管線較(jiao)高（EL＋7000），立(li)柱(zhu)的(de)(de)(de)剛度設計很(hen)難(nan)滿足(zu)要求。故(gu)必須將此(ci)架(jia)空管線修改為沿地面(mian)敷設，在地面(mian)設管墩支承。
修改后的(de)管系固有(you)頻率(lv)計算如(ru)下(xia)：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)率都完全(quan)避開了(le)激振主頻(pin)的共振頻(pin)率區。
4. 推薦方案(an)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）。
