現場檢查發(fa)現，某(mou)循環氫壓縮(suo)機入口管線從入口分液罐到催化劑分離器間管線及分離器出口段架(jia)空管線振(zhen)(zhen)動(dong)較(jiao)大(da)，且帶動(dong)與(yu)(yu)其相連(lian)的(de)設(she)備(bei)和(he)立柱一起振(zhen)(zhen)動(dong)。為解(jie)決此振(zhen)(zhen)動(dong)問題，需進行管道(dao)系(xi)統氣(qi)流脈動(dong)和(he)機械(xie)振(zhen)(zhen)動(dong)控制的(de)計(ji)算與(yu)(yu)研究，以達(da)到安全運(yun)行的(de)目的(de)。
1. 氣柱固有(you)頻(pin)率分(fen)析
往復式壓(ya)縮(suo)機(ji)的(de)(de)(de)管流(liu)速一般都比較低（(4~20m/s)，與(yu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)的(de)(de)(de)聲速相比（空氣(qi)(qi)(qi)(qi)常溫下為(wei)340m／s）可以略去不計(ji)，把管內(nei)所(suo)含有的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)視作靜(jing)止(zhi)的(de)(de)(de)，稱為(wei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)柱(zhu)，氣(qi)(qi)(qi)(qi)流(liu)脈(mo)動共振(zhen)現象(xiang)發生(sheng)在激(ji)發頻(pin)率與(yu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)柱(zhu)固(gu)有頻(pin)率相重合(he)的(de)(de)(de)時候，所(suo)以，欲避(bi)開氣(qi)(qi)(qi)(qi)流(liu)脈(mo)動共振(zhen)，需確(que)定管系氣(qi)(qi)(qi)(qi)柱(zhu)固(gu)有頻(pin)率。
管系(xi)氣(qi)(qi)柱是(shi)多(duo)自由度的(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)系(xi)統(tong)，它有許(xu)多(duo)階固(gu)有頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率。氣(qi)(qi)柱固(gu)有頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率取決于系(xi)統(tong)內的(de)(de)(de)介(jie)質參(can)數以(yi)(yi)及管系(xi)尺寸、器件和(he)管系(xi)的(de)(de)(de)幾(ji)何配置(zhi)。在(zai)(zai)壓(ya)縮機端，氣(qi)(qi)柱受到(dao)(dao)(dao)持久的(de)(de)(de)周期(qi)性激(ji)發(fa)作用。激(ji)發(fa)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率也存在(zai)(zai)著(zhu)若(ruo)干階，這些階的(de)(de)(de)激(ji)發(fa)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率若(ruo)有一(yi)個與(yu)氣(qi)(qi)柱固(gu)有頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率重合(he)(he)，就會引起氣(qi)(qi)柱共(gong)振(zhen)。此(ci)時管流脈(mo)動(dong)激(ji)烈。做到(dao)(dao)(dao)任何一(yi)階都(dou)不重合(he)(he)常常會遇到(dao)(dao)(dao)很大(da)困難，通常要求(qiu)避開一(yi)階、二階或(huo)更高一(yi)階固(gu)有頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率的(de)(de)(de)共(gong)振(zhen)，以(yi)(yi)便(bian)把脈(mo)動(dong)控制在(zai)(zai)允許(xu)的(de)(de)(de)范圍內。工(gong)程(cheng)上規(gui)定，激(ji)發(fa)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率與(yu)氣(qi)(qi)柱固(gu)有頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率的(de)(de)(de)比值(zhi)，若(ruo)在(zai)(zai)0.8～1.2范圍內，脈(mo)動(dong)都(dou)是(shi)大(da)的(de)(de)(de)，稱(cheng)此(ci)范圍為(wei)共(gong)振(zhen)區。
轉(zhuan)速為333r／min，激發主頻率的共(gong)振區(qu)(qu)為8.88～13.32Hz，要求氣柱固有頻率的前三(san)階應避開激發主頻率的共(gong)振區(qu)(qu)。
計算結果表(biao)明（過程略(lve)）：前三階(jie)(jie)氣(qi)柱固(gu)有(you)頻率分別為2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第(di)二、三階(jie)(jie)頻率落(luo)在激發主頻率的(de)共(gong)(gong)振區。要(yao)想避開，必須采取修改管道走向或加緩(huan)沖器、孔板等措施。緩(huan)沖器容積加大到(dao)0.69m3時，前三階(jie)(jie)氣(qi)柱固(gu)有(you)頻率分別為2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都避開了主頻率的(de)共(gong)(gong)振區。
2. 氣流(liu)脈動分析
過(guo)大的氣流脈(mo)動會引起管(guan)道的機械振動。消減(jian)氣流脈(mo)動的方(fang)法是(shi)比較多的，可以(yi)根(gen)據實際情況，按API618標(biao)準(zhun)衡量原管(guan)系的壓力脈(mo)動值是(shi)否在允許范圍內，并采取相應措施。
改(gai)變緩沖(chong)器(qi)的容(rong)積是最簡單有(you)效的消振措施，但(dan)容(rong)積大(da)小要(yao)(yao)合(he)標準，安裝位(wei)置要(yao)(yao)足夠靠(kao)近(jin)氣缸，才(cai)能使(shi)后繼管(guan)線氣流(liu)足夠平(ping)穩，達到API618標準。如果增(zeng)設(she)孔板，則孔板計算要(yao)(yao)精確，安裝位(wei)置要(yao)(yao)恰(qia)當，還應計算孔板阻力(li)損失，使(shi)損失在允許范圍內。如果條件允許，采取(qu)適當改(gai)變管(guan)徑、增(zeng)加支(zhi)管(guan)等措施也是行之有(you)效的。
入(ru)口管系壓(ya)力脈動(dong)不均勻度計算值(zhi)最(zui)大點(dian)與API標準允(yun)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(ji)算結果表明：壓力脈動值均符合API標準。
3．機械振動分析
氣流(liu)(liu)脈動(dong)(dong)(dong)的壓(ya)(ya)力(li)波動(dong)(dong)(dong)力(li)與壓(ya)(ya)縮機運(yun)行時的作用力(li)和慣性力(li)都影(ying)響著管(guan)道(dao)振動(dong)(dong)(dong)，同(tong)時管(guan)道(dao)的布置(zhi)和支承(cheng)情況也直接影(ying)響著管(guan)道(dao)振動(dong)(dong)(dong)，在(zai)脈動(dong)(dong)(dong)控制(zhi)研(yan)究(jiu)中顯然已把脈動(dong)(dong)(dong)值控制(zhi)在(zai)允許(xu)范圍內(nei)，但如果管(guan)道(dao)的走向不當(dang)、支承(cheng)間距不當(dang)或支承(cheng)設計不合(he)理，即(ji)使(shi)氣流(liu)(liu)脈動(dong)(dong)(dong)不大，也同(tong)樣會引起危(wei)險(xian)的管(guan)道(dao)振動(dong)(dong)(dong)。
機械系(xi)統有(you)其本身的(de)固有(you)頻(pin)率(lv)，當這些頻(pin)率(lv)的(de)某一階或幾階與激發頻(pin)率(lv)接近時(shi)，會發生(sheng)機械共振(zhen)現(xian)象，此(ci)時(shi)，管道振(zhen)動較(jiao)大。
另外，還應注意氣柱系(xi)統(tong)固有頻(pin)率(lv)與(yu)機械(xie)系(xi)統(tong)固有頻(pin)率(lv)是否重疊的問題，研究工作的任(ren)務是使兩者與(yu)激發(fa)頻(pin)率(lv)在前幾階不重合。
從管道(dao)(dao)振(zhen)動(dong)的(de)(de)觀點看(kan)，對管系施加恰當的(de)(de)約束可以調(diao)整其機械固有(you)(you)頻(pin)率，使(shi)機械固有(you)(you)頻(pin)率與(yu)激振(zhen)力(li)頻(pin)率不重(zhong)合，支承要(yao)有(you)(you)足(zu)夠的(de)(de)剛性以便控制殘留的(de)(de)激振(zhen)力(li)所引起的(de)(de)振(zhen)動(dong)。較低頻(pin)率的(de)(de)振(zhen)動(dong)模(mo)態是由管道(dao)(dao)的(de)(de)橫向(xiang)振(zhen)動(dong)組成(cheng)的(de)(de)，故在支承有(you)(you)足(zu)夠剛度的(de)(de)基礎上。在管道(dao)(dao)的(de)(de)徑(jing)向(xiang)不應有(you)(you)任何間(jian)隙，但應允許管道(dao)(dao)在軸向(xiang)有(you)(you)位移的(de)(de)可能。
在管(guan)道的(de)(de)(de)布置上(shang)，有(you)集中質(zhi)量(liang)（閥、法(fa)蘭(lan)）等的(de)(de)(de)部位應(ying)注意適當支(zhi)承(cheng)(cheng)。另外(wai)在彎(wan)頭、異徑管(guan)等存在激振(zhen)(zhen)力的(de)(de)(de)部位，約束應(ying)盡量(liang)靠近這些地(di)方(fang)，即使(shi)對(dui)于直(zhi)徑較(jiao)小的(de)(de)(de)管(guan)道也有(you)避(bi)免長距離無支(zhi)承(cheng)(cheng)或(huo)(huo)懸吊的(de)(de)(de)情況(kuang)。在管(guan)道緩沖器上(shang)的(de)(de)(de)閥或(huo)(huo)儀表(biao)等，也應(ying)將(jiang)其支(zhi)承(cheng)(cheng)在母管(guan)或(huo)(huo)容(rong)器上(shang)，目的(de)(de)(de)是為了防止這些元件一起振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)時，形成不同的(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)而(er)導(dao)致破壞應(ying)力產(chan)生(sheng)。避(bi)免將(jiang)分支(zhi)上(shang)的(de)(de)(de)閥或(huo)(huo)儀表(biao)等支(zhi)承(cheng)(cheng)在振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)物體(ti)上(shang)，因(yin)為兩(liang)者振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)不同會(hui)產(chan)生(sheng)附加動(dong)(dong)應(ying)力。
管(guan)(guan)(guan)(guan)道跨(kua)距對于不同(tong)(tong)的(de)管(guan)(guan)(guan)(guan)道配置是不同(tong)(tong)的(de)，以(yi)保證每一(yi)管(guan)(guan)(guan)(guan)道在(zai)結構(gou)上具有合適的(de)局部固(gu)有頻率。為了增(zeng)加(jia)管(guan)(guan)(guan)(guan)卡(ka)的(de)阻尼，可使用少許可以(yi)壓縮的(de)襯(chen)墊(dian)材料(liao)，如石(shi)棉橡膠等材料(liao)，確保管(guan)(guan)(guan)(guan)卡(ka)與管(guan)(guan)(guan)(guan)道充分(fen)接觸(chu)，在(zai)管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)徑向沒有任何間隙。
根(gen)據壓縮機(ji)的(de)(de)(de)轉速(su)，計算的(de)(de)(de)激發(fa)主頻(pin)（二階）為11.1Hz，共振區(qu)的(de)(de)(de)頻(pin)率范(fan)圍（0.8～1.2）f為8.88～13.32Hz。設(she)計的(de)(de)(de)原則應使(shi)壓縮機(ji)的(de)(de)(de)進(jin)出口管系(xi)的(de)(de)(de)結構固有頻(pin)率至少前三階避開激發(fa)頻(pin)率共振區(qu)的(de)(de)(de)頻(pin)率范(fan)圍。
下列(lie)數據是對(dui)壓縮機入口管(guan)系(xi)的(de)前十階固有頻(pin)率的(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(guan)系(xi)的(de)各階振(zhen)動模(mo)(mo)態可知，在(zai)7.48Hz、16.05Hz下的(de)振(zhen)動模(mo)(mo)態為(wei)架空管(guan)線(xian)振(zhen)動，與現場觀察的(de)振(zhen)動情況相同，而(er)此幾(ji)階頻(pin)率正好落在(zai)前三階激振(zhen)頻(pin)率的(de)共振(zhen)區內，故應(ying)對(dui)管(guan)系(xi)的(de)結構進行修(xiu)改(gai)。
上(shang)述(shu)分離器出(chu)口架空管線振(zhen)動的(de)主(zhu)要原因是用來(lai)支承(cheng)的(de)立柱的(de)剛(gang)度(du)較低，由于管線較高(gao)（EL＋7000），立柱的(de)剛(gang)度(du)設計(ji)很難滿(man)足要求。故必須將此(ci)架空管線修(xiu)改為沿地面敷設，在地面設管墩支承(cheng)。
修改后的管(guan)系固有頻率計算如下：20.08Hz、24.95Hz、25.49Hz、26.24Hz、26.88Hz、29.30Hz、32.15Hz、32.17Hz、32.18Hz、32.23Hz。
前幾(ji)階頻(pin)率都完全避(bi)開了激振主頻(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）。
