現場(chang)檢(jian)查發(fa)現，某循環氫壓(ya)縮(suo)機入口(kou)管(guan)線(xian)從入口(kou)分液罐到催化劑分離(li)器間(jian)管(guan)線(xian)及分離(li)器出口(kou)段架空管(guan)線(xian)振動(dong)較(jiao)大，且帶動(dong)與(yu)其相連的(de)設備(bei)和立(li)柱(zhu)一起振動(dong)。為解決(jue)此振動(dong)問題，需進行管(guan)道系統氣流脈(mo)動(dong)和機械振動(dong)控制的(de)計算與(yu)研究，以達到安全運行的(de)目的(de)。
1. 氣柱固有頻率分析(xi)
往復式壓縮(suo)機(ji)的(de)管流(liu)速一般都比(bi)較低（(4~20m/s)，與氣(qi)(qi)體(ti)(ti)的(de)聲速相比(bi)（空(kong)氣(qi)(qi)常溫(wen)下為340m／s）可以(yi)略去不計，把管內所(suo)含有的(de)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)視作靜止(zhi)的(de)，稱(cheng)為氣(qi)(qi)柱(zhu)，氣(qi)(qi)流(liu)脈動共振(zhen)現象發生(sheng)在(zai)激發頻(pin)(pin)率(lv)與氣(qi)(qi)柱(zhu)固有頻(pin)(pin)率(lv)相重合的(de)時(shi)候，所(suo)以(yi)，欲避開氣(qi)(qi)流(liu)脈動共振(zhen)，需確(que)定管系氣(qi)(qi)柱(zhu)固有頻(pin)(pin)率(lv)。
管系(xi)(xi)氣柱(zhu)(zhu)(zhu)是多(duo)自由度(du)的(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)系(xi)(xi)統，它有許多(duo)階(jie)固(gu)(gu)有頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)。氣柱(zhu)(zhu)(zhu)固(gu)(gu)有頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)取決于系(xi)(xi)統內的(de)(de)介(jie)質(zhi)參數(shu)以(yi)及管系(xi)(xi)尺(chi)寸(cun)、器件(jian)和管系(xi)(xi)的(de)(de)幾何(he)(he)配置。在(zai)(zai)壓(ya)縮機端，氣柱(zhu)(zhu)(zhu)受(shou)到持久的(de)(de)周期性激(ji)發(fa)作用。激(ji)發(fa)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)也存在(zai)(zai)著若干(gan)階(jie)，這些(xie)階(jie)的(de)(de)激(ji)發(fa)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)若有一(yi)(yi)(yi)個與氣柱(zhu)(zhu)(zhu)固(gu)(gu)有頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)重(zhong)合(he)，就(jiu)會引(yin)起氣柱(zhu)(zhu)(zhu)共(gong)(gong)振(zhen)。此(ci)時管流(liu)脈動(dong)(dong)激(ji)烈。做到任何(he)(he)一(yi)(yi)(yi)階(jie)都(dou)不重(zhong)合(he)常常會遇(yu)到很(hen)大困難，通常要求(qiu)避開一(yi)(yi)(yi)階(jie)、二階(jie)或更高(gao)一(yi)(yi)(yi)階(jie)固(gu)(gu)有頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)的(de)(de)共(gong)(gong)振(zhen)，以(yi)便把脈動(dong)(dong)控(kong)制在(zai)(zai)允許的(de)(de)范圍內。工程上規定，激(ji)發(fa)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)與氣柱(zhu)(zhu)(zhu)固(gu)(gu)有頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)的(de)(de)比值，若在(zai)(zai)0.8～1.2范圍內，脈動(dong)(dong)都(dou)是大的(de)(de)，稱此(ci)范圍為(wei)共(gong)(gong)振(zhen)區。
轉(zhuan)速為333r／min，激發主(zhu)(zhu)頻率的(de)共振(zhen)(zhen)區為8.88～13.32Hz，要求氣柱固有(you)頻率的(de)前三(san)階應避(bi)開激發主(zhu)(zhu)頻率的(de)共振(zhen)(zhen)區。
計算結(jie)果表明（過程略）：前三(san)(san)階氣柱(zhu)固(gu)有頻(pin)率(lv)(lv)分別(bie)為2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第二(er)、三(san)(san)階頻(pin)率(lv)(lv)落在激發主(zhu)頻(pin)率(lv)(lv)的共(gong)振區(qu)。要想避開，必須采(cai)取修改管道走向或(huo)加緩沖器、孔(kong)板等措施。緩沖器容(rong)積加大(da)到(dao)0.69m3時，前三(san)(san)階氣柱(zhu)固(gu)有頻(pin)率(lv)(lv)分別(bie)為2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都避開了主(zhu)頻(pin)率(lv)(lv)的共(gong)振區(qu)。
2. 氣流脈動分析
過大的(de)氣流脈(mo)動會引起管道的(de)機械振(zhen)動。消減(jian)氣流脈(mo)動的(de)方法是比較多的(de)，可以根(gen)據實際情況，按API618標(biao)準衡量(liang)原管系的(de)壓(ya)力脈(mo)動值是否在允許范(fan)圍內，并(bing)采取相應措(cuo)施。
改(gai)變(bian)緩沖器的(de)(de)容積是最簡單有效(xiao)(xiao)的(de)(de)消振措(cuo)施，但容積大小要(yao)合標準，安裝(zhuang)位置要(yao)足(zu)夠(gou)靠(kao)近氣(qi)缸(gang)，才能使后繼管(guan)線氣(qi)流足(zu)夠(gou)平穩(wen)，達(da)到API618標準。如果增設孔板(ban)，則孔板(ban)計(ji)算要(yao)精確，安裝(zhuang)位置要(yao)恰當，還應計(ji)算孔板(ban)阻力損失，使損失在允許(xu)范圍內。如果條件允許(xu)，采取適當改(gai)變(bian)管(guan)徑、增加支管(guan)等(deng)措(cuo)施也是行(xing)之有效(xiao)(xiao)的(de)(de)。
入口管系壓力脈動(dong)不均勻度計算(suan)值最(zui)大點(dian)與API標準允許值的(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。
計算結果(guo)表(biao)明(ming)：壓力脈動值(zhi)均符合API標準。
3．機械振動(dong)分析(xi)
氣(qi)流(liu)脈(mo)(mo)(mo)(mo)動(dong)的(de)壓(ya)(ya)力(li)(li)波(bo)動(dong)力(li)(li)與壓(ya)(ya)縮機運行時(shi)的(de)作用力(li)(li)和慣(guan)性力(li)(li)都影(ying)響著管(guan)(guan)道(dao)(dao)振動(dong)，同(tong)時(shi)管(guan)(guan)道(dao)(dao)的(de)布置和支(zhi)(zhi)承情況也直接(jie)影(ying)響著管(guan)(guan)道(dao)(dao)振動(dong)，在脈(mo)(mo)(mo)(mo)動(dong)控(kong)制研究中顯然已把(ba)脈(mo)(mo)(mo)(mo)動(dong)值控(kong)制在允許范圍內，但如果管(guan)(guan)道(dao)(dao)的(de)走(zou)向(xiang)不(bu)當、支(zhi)(zhi)承間距不(bu)當或支(zhi)(zhi)承設計不(bu)合理，即使(shi)氣(qi)流(liu)脈(mo)(mo)(mo)(mo)動(dong)不(bu)大，也同(tong)樣會(hui)引起危險的(de)管(guan)(guan)道(dao)(dao)振動(dong)。
機械系統有其(qi)本身的(de)固有頻(pin)率(lv)，當這些(xie)頻(pin)率(lv)的(de)某一階(jie)或幾階(jie)與激發(fa)頻(pin)率(lv)接(jie)近時(shi)，會發(fa)生機械共(gong)振(zhen)現象，此時(shi)，管道(dao)振(zhen)動較大。
另外，還應注意氣柱系統固有頻率(lv)與機械系統固有頻率(lv)是否重疊的(de)問題(ti)，研究工(gong)作(zuo)的(de)任(ren)務是使兩者與激發頻率(lv)在前幾(ji)階(jie)不(bu)重合(he)。
從(cong)管道(dao)振(zhen)(zhen)動(dong)的觀點看，對管系施(shi)加恰當(dang)的約束可以(yi)調整其機(ji)械固(gu)(gu)有(you)(you)頻(pin)率，使機(ji)械固(gu)(gu)有(you)(you)頻(pin)率與激(ji)振(zhen)(zhen)力(li)頻(pin)率不重(zhong)合，支承要有(you)(you)足夠的剛性以(yi)便控制(zhi)殘留的激(ji)振(zhen)(zhen)力(li)所引起(qi)的振(zhen)(zhen)動(dong)。較低(di)頻(pin)率的振(zhen)(zhen)動(dong)模態是由管道(dao)的橫向振(zhen)(zhen)動(dong)組成的，故在支承有(you)(you)足夠剛度(du)的基礎上。在管道(dao)的徑向不應(ying)有(you)(you)任何間隙，但應(ying)允許(xu)管道(dao)在軸向有(you)(you)位移(yi)的可能(neng)。
在(zai)管道的(de)(de)(de)布置上(shang)(shang)，有集中質量（閥、法蘭）等的(de)(de)(de)部位(wei)(wei)應注意適(shi)當(dang)支(zhi)承。另外在(zai)彎頭、異徑(jing)管等存在(zai)激振(zhen)力(li)的(de)(de)(de)部位(wei)(wei)，約束應盡量靠近這些地方，即使對(dui)于直徑(jing)較小的(de)(de)(de)管道也有避(bi)免(mian)長距(ju)離無支(zhi)承或(huo)(huo)(huo)懸吊的(de)(de)(de)情況(kuang)。在(zai)管道緩沖器上(shang)(shang)的(de)(de)(de)閥或(huo)(huo)(huo)儀表等，也應將其支(zhi)承在(zai)母管或(huo)(huo)(huo)容器上(shang)(shang)，目的(de)(de)(de)是為了防止這些元(yuan)件一(yi)起振(zhen)動(dong)(dong)時(shi)，形成不同的(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)而導(dao)致破(po)壞應力(li)產生。避(bi)免(mian)將分(fen)支(zhi)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)閥或(huo)(huo)(huo)儀表等支(zhi)承在(zai)振(zhen)動(dong)(dong)物體上(shang)(shang)，因(yin)為兩(liang)者(zhe)振(zhen)動(dong)(dong)不同會產生附加(jia)動(dong)(dong)應力(li)。
管(guan)(guan)道(dao)跨距對于不同(tong)的(de)(de)管(guan)(guan)道(dao)配置(zhi)是不同(tong)的(de)(de)，以(yi)保證每一管(guan)(guan)道(dao)在(zai)結(jie)構上具有(you)(you)合適(shi)的(de)(de)局部固有(you)(you)頻率(lv)。為了增加管(guan)(guan)卡的(de)(de)阻(zu)尼，可使用少許可以(yi)壓縮的(de)(de)襯墊材料(liao)(liao)，如石棉橡膠等材料(liao)(liao)，確保管(guan)(guan)卡與(yu)管(guan)(guan)道(dao)充分接觸(chu)，在(zai)管(guan)(guan)的(de)(de)徑向沒有(you)(you)任何間隙。
根據壓縮(suo)機的(de)轉速，計算的(de)激發(fa)主頻(pin)(pin)（二階）為11.1Hz，共(gong)振區的(de)頻(pin)(pin)率(lv)范(fan)(fan)圍（0.8～1.2）f為8.88～13.32Hz。設計的(de)原(yuan)則應使壓縮(suo)機的(de)進出口(kou)管系的(de)結構(gou)固有頻(pin)(pin)率(lv)至少前(qian)三階避開激發(fa)頻(pin)(pin)率(lv)共(gong)振區的(de)頻(pin)(pin)率(lv)范(fan)(fan)圍。
下(xia)列數據是對壓縮機入口管(guan)系(xi)的(de)前十階(jie)固有頻(pin)率的(de)計算結(jie)果：7.48Hz、16.05Hz、20.14Hz、25.87Hz、26.75Hz、26.87Hz、29.14Hz、29.30Hz、32.13Hz、32.17Hz。通過觀察管(guan)系(xi)的(de)各階(jie)振(zhen)(zhen)動(dong)模(mo)態(tai)可(ke)知，在7.48Hz、16.05Hz下(xia)的(de)振(zhen)(zhen)動(dong)模(mo)態(tai)為架空管(guan)線振(zhen)(zhen)動(dong)，與現場觀察的(de)振(zhen)(zhen)動(dong)情況相同，而此(ci)幾階(jie)頻(pin)率正好落在前三階(jie)激振(zhen)(zhen)頻(pin)率的(de)共振(zhen)(zhen)區內，故應對管(guan)系(xi)的(de)結(jie)構(gou)進行修(xiu)改。
上述分離器出(chu)口架空管線(xian)振動的(de)(de)主要(yao)原因(yin)是用來支承的(de)(de)立柱的(de)(de)剛度(du)較低，由于管線(xian)較高(gao)（EL＋7000），立柱的(de)(de)剛度(du)設(she)(she)計很(hen)難滿足要(yao)求(qiu)。故必須將此(ci)架空管線(xian)修改為沿地面敷設(she)(she)，在地面設(she)(she)管墩支承。
修改后(hou)的管(guan)系(xi)固有(you)頻率計算如(ru)下：20.08Hz、24.95Hz、25.49Hz、26.24Hz、26.88Hz、29.30Hz、32.15Hz、32.17Hz、32.18Hz、32.23Hz。
前幾階頻率(lv)都完全避開了激振主(zhu)頻的共振頻率(lv)區。
4. 推(tui)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）。
