現場檢查(cha)發現，某循環氫(qing)壓縮機(ji)入(ru)口管(guan)線(xian)從入(ru)口分(fen)(fen)液罐(guan)到(dao)催化劑(ji)分(fen)(fen)離器間管(guan)線(xian)及分(fen)(fen)離器出口段架空管(guan)線(xian)振(zhen)動(dong)較大，且帶動(dong)與其相(xiang)連的(de)設備和立柱一起振(zhen)動(dong)。為解決此振(zhen)動(dong)問題，需進行管(guan)道系統(tong)氣(qi)流脈動(dong)和機(ji)械(xie)振(zhen)動(dong)控(kong)制的(de)計(ji)算與研究，以(yi)達到(dao)安(an)全運行的(de)目的(de)。
1. 氣(qi)柱固(gu)有頻(pin)率分析(xi)
往復式壓縮機的(de)(de)管(guan)流(liu)速一般都比(bi)較低(di)（(4~20m/s)，與(yu)氣(qi)體的(de)(de)聲速相(xiang)比(bi)（空氣(qi)常溫下為(wei)340m／s）可以略去不計，把(ba)管(guan)內所(suo)含有的(de)(de)氣(qi)體視(shi)作靜止的(de)(de)，稱為(wei)氣(qi)柱，氣(qi)流(liu)脈動共振現象發生在激發頻(pin)(pin)(pin)率(lv)與(yu)氣(qi)柱固(gu)有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)相(xiang)重合的(de)(de)時候，所(suo)以，欲避開氣(qi)流(liu)脈動共振，需(xu)確定管(guan)系氣(qi)柱固(gu)有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)。
管(guan)系(xi)氣(qi)(qi)柱(zhu)是(shi)多自由度(du)的(de)(de)振(zhen)動系(xi)統，它有(you)許多階(jie)固有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)。氣(qi)(qi)柱(zhu)固有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)取決于系(xi)統內的(de)(de)介(jie)質(zhi)參數以(yi)及(ji)管(guan)系(xi)尺寸、器(qi)件和管(guan)系(xi)的(de)(de)幾何配置。在壓縮(suo)機(ji)端，氣(qi)(qi)柱(zhu)受到(dao)(dao)(dao)持久的(de)(de)周(zhou)期(qi)性激(ji)(ji)發作用。激(ji)(ji)發頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)也存在著若干階(jie)，這些階(jie)的(de)(de)激(ji)(ji)發頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)若有(you)一個(ge)與氣(qi)(qi)柱(zhu)固有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)重(zhong)合，就會引起(qi)氣(qi)(qi)柱(zhu)共(gong)(gong)振(zhen)。此時管(guan)流脈動激(ji)(ji)烈。做到(dao)(dao)(dao)任何一階(jie)都不重(zhong)合常常會遇到(dao)(dao)(dao)很大困難，通常要求避開一階(jie)、二階(jie)或更高一階(jie)固有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)的(de)(de)共(gong)(gong)振(zhen)，以(yi)便把脈動控制(zhi)在允許的(de)(de)范圍內。工程上(shang)規定(ding)，激(ji)(ji)發頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)與氣(qi)(qi)柱(zhu)固有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)的(de)(de)比值，若在0.8～1.2范圍內，脈動都是(shi)大的(de)(de)，稱此范圍為共(gong)(gong)振(zhen)區。
轉速(su)為333r／min，激(ji)發(fa)主(zhu)頻率的共振區為8.88～13.32Hz，要求氣柱固有頻率的前三階應避(bi)開激(ji)發(fa)主(zhu)頻率的共振區。
計算(suan)結果表明（過程略(lve)）：前三階(jie)(jie)氣(qi)(qi)柱(zhu)固(gu)有頻(pin)率分(fen)別為(wei)2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第二、三階(jie)(jie)頻(pin)率落在(zai)激(ji)發主(zhu)頻(pin)率的共振(zhen)區。要想避(bi)開(kai)，必須采取修(xiu)改管道走向或加緩沖器、孔板等措(cuo)施。緩沖器容積加大到0.69m3時，前三階(jie)(jie)氣(qi)(qi)柱(zhu)固(gu)有頻(pin)率分(fen)別為(wei)2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都避(bi)開(kai)了主(zhu)頻(pin)率的共振(zhen)區。
2. 氣流脈動分(fen)析(xi)
過大的(de)氣流(liu)脈(mo)動(dong)會(hui)引起管道的(de)機(ji)械振動(dong)。消減氣流(liu)脈(mo)動(dong)的(de)方(fang)法是比較多的(de)，可以根據實際情況，按(an)API618標準衡(heng)量原管系的(de)壓力脈(mo)動(dong)值是否在允許范圍內，并(bing)采取(qu)相應措施。
改變緩沖(chong)器的容積是(shi)最簡單有效的消(xiao)振措施，但(dan)容積大小要(yao)(yao)合標準，安(an)(an)裝位(wei)置(zhi)(zhi)要(yao)(yao)足(zu)夠靠(kao)近氣(qi)缸，才能使后繼(ji)管(guan)線氣(qi)流足(zu)夠平(ping)穩(wen)，達到API618標準。如果(guo)增設孔板，則孔板計(ji)(ji)算(suan)要(yao)(yao)精確，安(an)(an)裝位(wei)置(zhi)(zhi)要(yao)(yao)恰(qia)當(dang)，還應計(ji)(ji)算(suan)孔板阻力損失，使損失在允(yun)許(xu)范圍內(nei)。如果(guo)條件允(yun)許(xu)，采取(qu)適當(dang)改變管(guan)徑、增加(jia)支管(guan)等措施也是(shi)行之有效的。
入口管系壓力(li)脈動不均勻度計算值(zhi)最大點與API標(biao)準允許值(zhi)的(de)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。
計算結果表明：壓力脈動值均符合(he)API標準。
3．機械振動分析(xi)
氣流脈(mo)(mo)動(dong)的壓力波動(dong)力與壓縮機(ji)運(yun)行(xing)時的作用力和(he)慣性力都影響著(zhu)管道振(zhen)動(dong)，同(tong)時管道的布置和(he)支(zhi)承情況(kuang)也直接影響著(zhu)管道振(zhen)動(dong)，在(zai)脈(mo)(mo)動(dong)控(kong)制(zhi)(zhi)研究(jiu)中顯(xian)然已把脈(mo)(mo)動(dong)值控(kong)制(zhi)(zhi)在(zai)允許范圍內，但(dan)如果管道的走向不(bu)當、支(zhi)承間距不(bu)當或(huo)支(zhi)承設(she)計不(bu)合(he)理(li)，即使氣流脈(mo)(mo)動(dong)不(bu)大，也同(tong)樣(yang)會引起危(wei)險的管道振(zhen)動(dong)。
機械(xie)系統有其本身的固有頻率(lv)，當這些頻率(lv)的某(mou)一階或幾階與激發頻率(lv)接近(jin)時，會(hui)發生機械(xie)共振現象，此時，管道振動(dong)較大(da)。
另(ling)外，還應(ying)注意(yi)氣柱系統(tong)(tong)固有頻(pin)率與機械系統(tong)(tong)固有頻(pin)率是否(fou)重(zhong)疊(die)的問題(ti)，研究工作的任務是使兩者與激發頻(pin)率在(zai)前幾階不重(zhong)合(he)。
從管道振(zhen)(zhen)動(dong)的(de)(de)(de)(de)觀點看，對管系施加恰當的(de)(de)(de)(de)約束可(ke)以調整其機械固有(you)頻率(lv)，使機械固有(you)頻率(lv)與(yu)激振(zhen)(zhen)力頻率(lv)不(bu)重合，支(zhi)承要(yao)有(you)足夠(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)剛性以便(bian)控制(zhi)殘留的(de)(de)(de)(de)激振(zhen)(zhen)力所引(yin)起的(de)(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)。較(jiao)低頻率(lv)的(de)(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)模態(tai)是(shi)由(you)管道的(de)(de)(de)(de)橫向(xiang)振(zhen)(zhen)動(dong)組成的(de)(de)(de)(de)，故(gu)在支(zhi)承有(you)足夠(gou)(gou)剛度的(de)(de)(de)(de)基礎上(shang)。在管道的(de)(de)(de)(de)徑向(xiang)不(bu)應(ying)有(you)任何間隙，但(dan)應(ying)允許管道在軸(zhou)向(xiang)有(you)位(wei)移的(de)(de)(de)(de)可(ke)能。
在管道的(de)(de)布置上，有(you)(you)集中質量（閥(fa)、法蘭(lan)）等(deng)的(de)(de)部位(wei)應(ying)注意適當支(zhi)承(cheng)。另外在彎頭、異徑管等(deng)存在激振(zhen)(zhen)力(li)的(de)(de)部位(wei)，約束應(ying)盡量靠近這(zhe)些(xie)地方，即使對于直徑較小的(de)(de)管道也(ye)有(you)(you)避(bi)免長距離無支(zhi)承(cheng)或懸吊的(de)(de)情況(kuang)。在管道緩沖器上的(de)(de)閥(fa)或儀表等(deng)，也(ye)應(ying)將(jiang)其(qi)支(zhi)承(cheng)在母管或容器上，目(mu)的(de)(de)是為(wei)了防止(zhi)這(zhe)些(xie)元(yuan)件一起(qi)振(zhen)(zhen)動時，形成不同(tong)的(de)(de)振(zhen)(zhen)動而導致破壞應(ying)力(li)產生。避(bi)免將(jiang)分支(zhi)上的(de)(de)閥(fa)或儀表等(deng)支(zhi)承(cheng)在振(zhen)(zhen)動物體上，因為(wei)兩者(zhe)振(zhen)(zhen)動不同(tong)會產生附(fu)加動應(ying)力(li)。
管(guan)(guan)(guan)道跨距(ju)對(dui)于不(bu)同的(de)(de)管(guan)(guan)(guan)道配(pei)置是不(bu)同的(de)(de)，以保證每一(yi)管(guan)(guan)(guan)道在(zai)結構上具有合適(shi)的(de)(de)局部(bu)固(gu)有頻(pin)率。為(wei)了增加管(guan)(guan)(guan)卡的(de)(de)阻尼，可使用少許可以壓縮的(de)(de)襯(chen)墊材料，如(ru)石棉橡膠等材料，確保管(guan)(guan)(guan)卡與管(guan)(guan)(guan)道充分接觸，在(zai)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)徑向沒有任何間隙(xi)。
根(gen)據壓縮機的轉速(su)，計算的激發(fa)主頻(pin)（二階）為11.1Hz，共(gong)振區(qu)的頻(pin)率(lv)范圍(wei)（0.8～1.2）f為8.88～13.32Hz。設計的原則應使壓縮機的進出口(kou)管系(xi)的結(jie)構固有頻(pin)率(lv)至少前三階避開激發(fa)頻(pin)率(lv)共(gong)振區(qu)的頻(pin)率(lv)范圍(wei)。
下(xia)列(lie)數(shu)據是對壓縮(suo)機入口(kou)管系的(de)(de)前(qian)十階(jie)固(gu)有頻率的(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(tong)過(guo)觀察管系的(de)(de)各階(jie)振(zhen)動(dong)模(mo)態(tai)可知，在7.48Hz、16.05Hz下(xia)的(de)(de)振(zhen)動(dong)模(mo)態(tai)為(wei)架空(kong)管線振(zhen)動(dong)，與(yu)現場觀察的(de)(de)振(zhen)動(dong)情(qing)況相同，而此幾階(jie)頻率正(zheng)好落在前(qian)三階(jie)激振(zhen)頻率的(de)(de)共振(zhen)區內，故(gu)應對管系的(de)(de)結構進(jin)行修(xiu)改。
上述分離(li)器出(chu)口架(jia)(jia)空管(guan)(guan)線(xian)振(zhen)動的主要原因是(shi)用來支承的立柱(zhu)的剛(gang)度較低，由于(yu)管(guan)(guan)線(xian)較高（EL＋7000），立柱(zhu)的剛(gang)度設(she)計很(hen)難滿(man)足要求。故必須(xu)將此(ci)架(jia)(jia)空管(guan)(guan)線(xian)修改為沿地(di)面敷設(she)，在地(di)面設(she)管(guan)(guan)墩支承。
修改后的管系(xi)固(gu)有頻率計(ji)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(ji)階頻(pin)率都完全避(bi)開了激(ji)振主頻(pin)的(de)共振頻(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）。
