現場(chang)檢(jian)查發(fa)現，某循環氫壓縮(suo)機入口管線(xian)從入口分液罐到催化劑分離(li)器(qi)間管線(xian)及分離(li)器(qi)出口段架空管線(xian)振動(dong)較大，且帶動(dong)與其相(xiang)連的設備和立柱一起振動(dong)。為解(jie)決此振動(dong)問題(ti)，需進行(xing)(xing)管道系(xi)統氣流(liu)脈動(dong)和機械振動(dong)控制的計(ji)算與研究，以達(da)到安全(quan)運行(xing)(xing)的目的。
1. 氣柱固有(you)頻率分(fen)析
往復(fu)式(shi)壓縮機的(de)(de)(de)管流(liu)速(su)一般都比較低（(4~20m/s)，與氣(qi)(qi)體的(de)(de)(de)聲速(su)相比（空氣(qi)(qi)常溫下(xia)為340m／s）可以(yi)略去不計，把管內所(suo)含有(you)(you)的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)體視作靜止(zhi)的(de)(de)(de)，稱(cheng)為氣(qi)(qi)柱(zhu)，氣(qi)(qi)流(liu)脈(mo)動共振現象(xiang)發生在激發頻(pin)率與氣(qi)(qi)柱(zhu)固有(you)(you)頻(pin)率相重(zhong)合的(de)(de)(de)時候(hou)，所(suo)以(yi)，欲避(bi)開氣(qi)(qi)流(liu)脈(mo)動共振，需確(que)定管系(xi)氣(qi)(qi)柱(zhu)固有(you)(you)頻(pin)率。
管(guan)(guan)系(xi)(xi)氣(qi)柱(zhu)是(shi)多自由度的(de)振(zhen)動(dong)系(xi)(xi)統，它有(you)許(xu)多階固(gu)有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)。氣(qi)柱(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)取決于系(xi)(xi)統內(nei)(nei)的(de)介質參數以及管(guan)(guan)系(xi)(xi)尺(chi)寸(cun)、器件和管(guan)(guan)系(xi)(xi)的(de)幾何配置。在壓縮機端，氣(qi)柱(zhu)受(shou)到(dao)(dao)持(chi)久的(de)周期性激(ji)(ji)發(fa)作用(yong)。激(ji)(ji)發(fa)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)也存在著若干階，這些階的(de)激(ji)(ji)發(fa)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)若有(you)一個與(yu)(yu)氣(qi)柱(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)重(zhong)(zhong)合，就會引起(qi)氣(qi)柱(zhu)共振(zhen)。此時管(guan)(guan)流脈動(dong)激(ji)(ji)烈。做到(dao)(dao)任何一階都不重(zhong)(zhong)合常常會遇到(dao)(dao)很大困難，通常要求(qiu)避開一階、二階或更高一階固(gu)有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)的(de)共振(zhen)，以便把脈動(dong)控制在允(yun)許(xu)的(de)范(fan)(fan)圍(wei)內(nei)(nei)。工程上規(gui)定，激(ji)(ji)發(fa)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)與(yu)(yu)氣(qi)柱(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)的(de)比(bi)值，若在0.8～1.2范(fan)(fan)圍(wei)內(nei)(nei)，脈動(dong)都是(shi)大的(de)，稱此范(fan)(fan)圍(wei)為共振(zhen)區。
轉(zhuan)速為333r／min，激發主頻(pin)率(lv)的共(gong)(gong)振區(qu)為8.88～13.32Hz，要求氣柱固有頻(pin)率(lv)的前三階應避(bi)開(kai)激發主頻(pin)率(lv)的共(gong)(gong)振區(qu)。
計算結果表明（過(guo)程略）：前三(san)階(jie)氣柱固有頻率(lv)分別為2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第(di)二(er)、三(san)階(jie)頻率(lv)落在激發(fa)主頻率(lv)的共振區。要想避開，必須采取修改管道走向或加緩沖器、孔板等措施。緩沖器容積加大(da)到0.69m3時，前三(san)階(jie)氣柱固有頻率(lv)分別為2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都避開了(le)主頻率(lv)的共振區。
2. 氣流脈(mo)動分析
過大(da)的(de)氣(qi)流脈(mo)動(dong)會(hui)引起管(guan)道的(de)機械(xie)振動(dong)。消減氣(qi)流脈(mo)動(dong)的(de)方法(fa)是(shi)比較多的(de)，可以根據實際情況，按API618標準(zhun)衡量原管(guan)系(xi)的(de)壓力脈(mo)動(dong)值是(shi)否(fou)在允(yun)許范圍內，并采取相應(ying)措施。
改變緩沖器的(de)(de)容積(ji)是(shi)最簡單有效(xiao)的(de)(de)消振(zhen)措施，但容積(ji)大小要合標(biao)準，安裝位(wei)置要足夠(gou)靠近氣缸，才能使后(hou)繼管線氣流(liu)足夠(gou)平穩，達到API618標(biao)準。如果增設(she)孔板，則(ze)孔板計算(suan)(suan)要精確，安裝位(wei)置要恰當，還應計算(suan)(suan)孔板阻力損失，使損失在允(yun)許范圍內。如果條件允(yun)許，采取適當改變管徑(jing)、增加支管等(deng)措施也是(shi)行之有效(xiao)的(de)(de)。
入口管系壓力(li)脈動不(bu)均勻(yun)度計算值(zhi)最(zui)大點(dian)與API標準允許值(zhi)的比較見表(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：壓力脈(mo)動值均符合(he)API標準。
3．機械振動分析(xi)
氣流脈動(dong)(dong)的(de)壓(ya)力(li)波動(dong)(dong)力(li)與(yu)壓(ya)縮機運行時的(de)作用力(li)和(he)慣性力(li)都影(ying)響著管道(dao)振動(dong)(dong)，同時管道(dao)的(de)布置和(he)支(zhi)承情(qing)況也直接影(ying)響著管道(dao)振動(dong)(dong)，在(zai)脈動(dong)(dong)控(kong)制(zhi)研究中顯然已把脈動(dong)(dong)值控(kong)制(zhi)在(zai)允(yun)許范(fan)圍內(nei)，但如果管道(dao)的(de)走向(xiang)不當、支(zhi)承間距不當或支(zhi)承設計不合理，即(ji)使氣流脈動(dong)(dong)不大，也同樣會引起危險(xian)的(de)管道(dao)振動(dong)(dong)。
機(ji)械系統有其本身的固有頻率(lv)，當這些頻率(lv)的某一階(jie)或幾階(jie)與激(ji)發(fa)頻率(lv)接(jie)近時，會發(fa)生機(ji)械共振現(xian)象，此時，管道振動較大。
另外，還(huan)應注意氣柱系統(tong)固有頻率(lv)與機(ji)械系統(tong)固有頻率(lv)是否重(zhong)疊的問題，研究工作的任務(wu)是使(shi)兩者與激發頻率(lv)在前幾階(jie)不重(zhong)合。
從(cong)管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)振(zhen)動(dong)的(de)觀點看，對管(guan)系(xi)施(shi)加恰當的(de)約(yue)束可(ke)(ke)以調整其(qi)機械固(gu)有(you)頻率(lv)，使機械固(gu)有(you)頻率(lv)與激振(zhen)力頻率(lv)不重合，支(zhi)承(cheng)要(yao)有(you)足夠(gou)的(de)剛性(xing)以便控制殘留(liu)的(de)激振(zhen)力所引起(qi)的(de)振(zhen)動(dong)。較低頻率(lv)的(de)振(zhen)動(dong)模態是由管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)橫(heng)向(xiang)振(zhen)動(dong)組成的(de)，故在支(zhi)承(cheng)有(you)足夠(gou)剛度的(de)基礎上。在管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)徑向(xiang)不應(ying)有(you)任何間隙，但應(ying)允許管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)在軸(zhou)向(xiang)有(you)位移的(de)可(ke)(ke)能(neng)。
在(zai)管(guan)道(dao)的(de)(de)布(bu)置上(shang)(shang)(shang)，有(you)(you)集中質量（閥(fa)、法蘭）等的(de)(de)部(bu)位應注意適當支承(cheng)。另外(wai)在(zai)彎頭、異徑管(guan)等存在(zai)激振(zhen)力(li)的(de)(de)部(bu)位，約束應盡量靠近這些(xie)地方，即使對于直徑較小的(de)(de)管(guan)道(dao)也有(you)(you)避免長(chang)距離無支承(cheng)或(huo)懸吊的(de)(de)情況(kuang)。在(zai)管(guan)道(dao)緩(huan)沖器上(shang)(shang)(shang)的(de)(de)閥(fa)或(huo)儀表等，也應將(jiang)其支承(cheng)在(zai)母管(guan)或(huo)容器上(shang)(shang)(shang)，目的(de)(de)是為(wei)了防止這些(xie)元件一(yi)起振(zhen)動(dong)(dong)(dong)時，形成不同(tong)的(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)而(er)導致破壞應力(li)產(chan)(chan)生。避免將(jiang)分支上(shang)(shang)(shang)的(de)(de)閥(fa)或(huo)儀表等支承(cheng)在(zai)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)物體上(shang)(shang)(shang)，因(yin)為(wei)兩者振(zhen)動(dong)(dong)(dong)不同(tong)會產(chan)(chan)生附加動(dong)(dong)(dong)應力(li)。
管(guan)(guan)道跨距對于不同(tong)的(de)管(guan)(guan)道配(pei)置是不同(tong)的(de)，以保證每一管(guan)(guan)道在結構上具(ju)有合適的(de)局(ju)部固(gu)有頻率。為了(le)增加管(guan)(guan)卡(ka)的(de)阻(zu)尼，可使用(yong)少許可以壓縮的(de)襯墊(dian)材料，如(ru)石棉橡(xiang)膠(jiao)等材料，確保管(guan)(guan)卡(ka)與管(guan)(guan)道充(chong)分(fen)接觸，在管(guan)(guan)的(de)徑向(xiang)沒有任何(he)間隙。
根(gen)據壓(ya)縮(suo)機的(de)轉速，計(ji)算的(de)激發主(zhu)頻(pin)（二階(jie)）為(wei)11.1Hz，共(gong)振(zhen)區的(de)頻(pin)率范圍（0.8～1.2）f為(wei)8.88～13.32Hz。設計(ji)的(de)原則應使壓(ya)縮(suo)機的(de)進(jin)出口管系的(de)結構固有頻(pin)率至少(shao)前(qian)三階(jie)避(bi)開激發頻(pin)率共(gong)振(zhen)區的(de)頻(pin)率范圍。
下列數據是對(dui)壓(ya)縮機(ji)入口管系的(de)(de)(de)前十階固(gu)有頻率的(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)察管系的(de)(de)(de)各(ge)階振動(dong)模(mo)態可知，在7.48Hz、16.05Hz下的(de)(de)(de)振動(dong)模(mo)態為架空管線振動(dong)，與現場觀(guan)察的(de)(de)(de)振動(dong)情況相(xiang)同，而此幾階頻率正(zheng)好落在前三階激振頻率的(de)(de)(de)共振區內，故應(ying)對(dui)管系的(de)(de)(de)結構進(jin)行修改。
上述(shu)分(fen)離器出口架(jia)空(kong)管線(xian)振動的主要(yao)原因是用來(lai)支承(cheng)的立柱的剛(gang)度較(jiao)低，由(you)于管線(xian)較(jiao)高（EL＋7000），立柱的剛(gang)度設(she)計(ji)很難滿足要(yao)求(qiu)。故必須將(jiang)此架(jia)空(kong)管線(xian)修改(gai)為沿地面敷設(she)，在地面設(she)管墩支承(cheng)。
修改后的管系固(gu)有(you)頻率計算如下：20.08Hz、24.95Hz、25.49Hz、26.24Hz、26.88Hz、29.30Hz、32.15Hz、32.17Hz、32.18Hz、32.23Hz。
前幾階(jie)頻率都完全(quan)避(bi)開了(le)激(ji)振主(zhu)頻的共振頻率區(qu)。
4. 推薦方案要點(dian)
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）。
