現場(chang)檢查發現，某循環氫壓縮機入口管(guan)線(xian)從入口分液罐到(dao)(dao)催化劑分離(li)器間管(guan)線(xian)及分離(li)器出口段架空(kong)管(guan)線(xian)振動較(jiao)大，且帶動與(yu)其相連的設備和立柱一(yi)起(qi)振動。為解決此(ci)振動問題，需進行管(guan)道系統氣流(liu)脈動和機械振動控制的計算與(yu)研究(jiu)，以達到(dao)(dao)安(an)全運(yun)行的目(mu)的。
1. 氣柱固有(you)頻(pin)率分析
往復式壓(ya)縮機的(de)管流速(su)一般都(dou)比(bi)較低（(4~20m/s)，與氣(qi)體的(de)聲速(su)相(xiang)比(bi)（空(kong)氣(qi)常溫下(xia)為340m／s）可(ke)以略(lve)去不(bu)計，把管內(nei)所(suo)含有的(de)氣(qi)體視(shi)作靜止的(de)，稱為氣(qi)柱(zhu)，氣(qi)流脈動共振現(xian)象發生在激發頻率(lv)與氣(qi)柱(zhu)固有頻率(lv)相(xiang)重(zhong)合的(de)時(shi)候，所(suo)以，欲避開氣(qi)流脈動共振，需確(que)定(ding)管系氣(qi)柱(zhu)固有頻率(lv)。
管系氣(qi)柱(zhu)是(shi)多自由度(du)的(de)(de)振動(dong)系統(tong)，它有許多階(jie)固有頻率。氣(qi)柱(zhu)固有頻率取決于系統(tong)內的(de)(de)介質參(can)數以(yi)及管系尺寸、器件(jian)和(he)管系的(de)(de)幾何(he)配置。在壓縮機端(duan)，氣(qi)柱(zhu)受到持(chi)久的(de)(de)周期性(xing)激發(fa)作用。激發(fa)頻率也存在著若干階(jie)，這些階(jie)的(de)(de)激發(fa)頻率若有一個(ge)與氣(qi)柱(zhu)固有頻率重合(he)，就會引(yin)起氣(qi)柱(zhu)共(gong)振。此時管流脈動(dong)激烈。做(zuo)到任(ren)何(he)一階(jie)都不重合(he)常(chang)常(chang)會遇到很大(da)(da)困難，通常(chang)要求避開一階(jie)、二(er)階(jie)或更(geng)高(gao)一階(jie)固有頻率的(de)(de)共(gong)振，以(yi)便把脈動(dong)控(kong)制在允許的(de)(de)范圍(wei)內。工程上規定，激發(fa)頻率與氣(qi)柱(zhu)固有頻率的(de)(de)比值(zhi)，若在0.8～1.2范圍(wei)內，脈動(dong)都是(shi)大(da)(da)的(de)(de)，稱此范圍(wei)為共(gong)振區。
轉速為(wei)333r／min，激發主頻(pin)(pin)率的(de)共振區(qu)(qu)為(wei)8.88～13.32Hz，要求(qiu)氣柱固有頻(pin)(pin)率的(de)前三階應避開(kai)激發主頻(pin)(pin)率的(de)共振區(qu)(qu)。
計算結果(guo)表明（過程略(lve)）：前三(san)(san)階(jie)氣柱固有頻率(lv)分別(bie)為(wei)2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第二、三(san)(san)階(jie)頻率(lv)落在激發主頻率(lv)的共振區(qu)。要(yao)想避(bi)開(kai)，必須采(cai)取修改管道走向或(huo)加緩(huan)沖器、孔板(ban)等措(cuo)施。緩(huan)沖器容積加大到(dao)0.69m3時，前三(san)(san)階(jie)氣柱固有頻率(lv)分別(bie)為(wei)2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都(dou)避(bi)開(kai)了主頻率(lv)的共振區(qu)。
2. 氣流脈(mo)動(dong)分(fen)析
過(guo)大(da)的氣流脈(mo)動會(hui)引起管道的機械振(zhen)動。消減氣流脈(mo)動的方法是比較多的，可以根據實際情況，按API618標準衡量原管系的壓(ya)力(li)脈(mo)動值是否(fou)在(zai)允許范圍內，并采取相(xiang)應措施。
改(gai)變(bian)緩沖器的容(rong)(rong)積是最簡單(dan)有(you)效(xiao)(xiao)的消振措施，但容(rong)(rong)積大(da)小要(yao)合標準，安裝(zhuang)(zhuang)位置要(yao)足(zu)夠靠(kao)近氣(qi)缸(gang)，才能(neng)使后繼管線氣(qi)流足(zu)夠平穩，達到(dao)API618標準。如(ru)果增設孔(kong)板(ban)，則孔(kong)板(ban)計(ji)算(suan)要(yao)精確，安裝(zhuang)(zhuang)位置要(yao)恰當，還應計(ji)算(suan)孔(kong)板(ban)阻力損(sun)失，使損(sun)失在允許范圍內。如(ru)果條件(jian)允許，采取適當改(gai)變(bian)管徑、增加(jia)支管等措施也是行之(zhi)有(you)效(xiao)(xiao)的。
入(ru)口(kou)管系壓(ya)力脈動不(bu)均(jun)勻度計算值(zhi)最大點與(yu)API標準允許值(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(suan)結果表明：壓力脈動(dong)值均符合(he)API標準。
3．機械振動分析
氣流(liu)脈(mo)動(dong)(dong)的(de)壓(ya)力(li)波(bo)動(dong)(dong)力(li)與壓(ya)縮機運行(xing)時(shi)的(de)作(zuo)用力(li)和(he)慣性力(li)都(dou)影(ying)響(xiang)著管道振(zhen)動(dong)(dong)，同(tong)時(shi)管道的(de)布置和(he)支(zhi)承情(qing)況也直接影(ying)響(xiang)著管道振(zhen)動(dong)(dong)，在脈(mo)動(dong)(dong)控制研究中顯(xian)然已把(ba)脈(mo)動(dong)(dong)值(zhi)控制在允許范圍內，但如果管道的(de)走向不(bu)當、支(zhi)承間(jian)距不(bu)當或支(zhi)承設計不(bu)合理，即使氣流(liu)脈(mo)動(dong)(dong)不(bu)大，也同(tong)樣會引起(qi)危險的(de)管道振(zhen)動(dong)(dong)。
機械(xie)系統有其(qi)本身的(de)固有頻率(lv)，當這(zhe)些頻率(lv)的(de)某(mou)一階(jie)或(huo)幾(ji)階(jie)與激發(fa)頻率(lv)接近(jin)時，會(hui)發(fa)生機械(xie)共振(zhen)現象(xiang)，此時，管道(dao)振(zhen)動較大。
另外，還應(ying)注意氣柱系(xi)(xi)統固有(you)頻(pin)率與機械系(xi)(xi)統固有(you)頻(pin)率是否(fou)重(zhong)疊的問題，研究(jiu)工作的任務是使兩者與激(ji)發(fa)頻(pin)率在(zai)前(qian)幾階不重(zhong)合(he)。
從(cong)管(guan)道(dao)(dao)振(zhen)(zhen)動(dong)的(de)觀點看，對管(guan)系施加恰當的(de)約束可(ke)以調整其機械(xie)固有頻(pin)(pin)率(lv)(lv)，使機械(xie)固有頻(pin)(pin)率(lv)(lv)與激振(zhen)(zhen)力頻(pin)(pin)率(lv)(lv)不(bu)重合，支承要有足(zu)夠的(de)剛(gang)性以便控制殘留的(de)激振(zhen)(zhen)力所引起的(de)振(zhen)(zhen)動(dong)。較(jiao)低頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)振(zhen)(zhen)動(dong)模態是由(you)管(guan)道(dao)(dao)的(de)橫向(xiang)(xiang)振(zhen)(zhen)動(dong)組成(cheng)的(de)，故在(zai)(zai)支承有足(zu)夠剛(gang)度(du)的(de)基礎上。在(zai)(zai)管(guan)道(dao)(dao)的(de)徑向(xiang)(xiang)不(bu)應有任何(he)間隙，但應允許(xu)管(guan)道(dao)(dao)在(zai)(zai)軸(zhou)向(xiang)(xiang)有位(wei)移的(de)可(ke)能。
在管(guan)道(dao)的(de)(de)布置上，有集中質量(liang)（閥(fa)、法蘭(lan)）等(deng)(deng)的(de)(de)部位(wei)應(ying)(ying)注(zhu)意適(shi)當支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)。另外在彎(wan)頭、異徑管(guan)等(deng)(deng)存(cun)在激振力的(de)(de)部位(wei)，約束應(ying)(ying)盡(jin)量(liang)靠近這些地方，即(ji)使對(dui)于直徑較小的(de)(de)管(guan)道(dao)也有避免(mian)長距離無(wu)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)或(huo)懸吊的(de)(de)情況。在管(guan)道(dao)緩沖器上的(de)(de)閥(fa)或(huo)儀表(biao)等(deng)(deng)，也應(ying)(ying)將(jiang)其支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)在母管(guan)或(huo)容(rong)器上，目的(de)(de)是為了防止這些元(yuan)件(jian)一(yi)起振動(dong)(dong)時，形(xing)成不同的(de)(de)振動(dong)(dong)而導(dao)致破壞應(ying)(ying)力產生。避免(mian)將(jiang)分支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)上的(de)(de)閥(fa)或(huo)儀表(biao)等(deng)(deng)支(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)在振動(dong)(dong)物(wu)體(ti)上，因為兩者振動(dong)(dong)不同會產生附(fu)加動(dong)(dong)應(ying)(ying)力。
管(guan)道(dao)跨距對于不同的(de)管(guan)道(dao)配置(zhi)是不同的(de)，以(yi)保(bao)證每一管(guan)道(dao)在(zai)結(jie)構上具有合適的(de)局部(bu)固有頻率。為了增加管(guan)卡的(de)阻尼，可(ke)使用少(shao)許可(ke)以(yi)壓縮的(de)襯墊材(cai)料，如石棉橡膠(jiao)等材(cai)料，確保(bao)管(guan)卡與管(guan)道(dao)充分接(jie)觸，在(zai)管(guan)的(de)徑向沒有任何間隙。
根據壓縮機(ji)的(de)轉(zhuan)速(su)，計(ji)算的(de)激發(fa)主頻(pin)（二(er)階(jie)）為11.1Hz，共振(zhen)(zhen)區的(de)頻(pin)率(lv)范圍（0.8～1.2）f為8.88～13.32Hz。設計(ji)的(de)原則應使壓縮機(ji)的(de)進出口(kou)管系的(de)結(jie)構固有頻(pin)率(lv)至少前(qian)三階(jie)避開(kai)激發(fa)頻(pin)率(lv)共振(zhen)(zhen)區的(de)頻(pin)率(lv)范圍。
下列(lie)數據是對壓縮(suo)機入(ru)口管(guan)系(xi)的(de)前十階(jie)固有頻率的(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)動(dong)模態可知，在(zai)(zai)7.48Hz、16.05Hz下的(de)振(zhen)動(dong)模態為架(jia)空管(guan)線振(zhen)動(dong)，與現場觀察的(de)振(zhen)動(dong)情況相同，而此幾(ji)階(jie)頻率正好(hao)落在(zai)(zai)前三階(jie)激振(zhen)頻率的(de)共振(zhen)區內，故應(ying)對管(guan)系(xi)的(de)結(jie)構進行修(xiu)改。
上述分離器出(chu)口架(jia)空(kong)管(guan)線振動的(de)主要原因是用來(lai)支(zhi)承的(de)立(li)柱的(de)剛(gang)度較低(di)，由于管(guan)線較高（EL＋7000），立(li)柱的(de)剛(gang)度設(she)計很難(nan)滿足要求。故必須將此(ci)架(jia)空(kong)管(guan)線修(xiu)改為沿地面(mian)(mian)敷設(she)，在地面(mian)(mian)設(she)管(guan)墩支(zhi)承。
修改后的管系固有頻率計算如下(xia)：20.08Hz、24.95Hz、25.49Hz、26.24Hz、26.88Hz、29.30Hz、32.15Hz、32.17Hz、32.18Hz、32.23Hz。
前幾(ji)階(jie)頻率(lv)都完全避開了激振主(zhu)頻的(de)共振頻率(lv)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）。
