現(xian)場檢查發現(xian)，某循環氫壓縮機(ji)入口(kou)管(guan)線(xian)(xian)從(cong)入口(kou)分液罐到催化劑分離器(qi)間管(guan)線(xian)(xian)及(ji)分離器(qi)出口(kou)段架空管(guan)線(xian)(xian)振動較大，且帶(dai)動與(yu)其(qi)相連的設備(bei)和立柱一(yi)起振動。為解決此振動問題，需(xu)進行(xing)管(guan)道系(xi)統(tong)氣流脈動和機(ji)械(xie)振動控制的計算與(yu)研究，以達到安(an)全運(yun)行(xing)的目的。
1. 氣柱(zhu)固有頻率(lv)分析
往復式壓(ya)縮機的(de)(de)管(guan)流(liu)速一般都(dou)比(bi)較低（(4~20m/s)，與(yu)氣(qi)體的(de)(de)聲速相比(bi)（空氣(qi)常(chang)溫(wen)下為340m／s）可以略去不(bu)計，把管(guan)內所(suo)含有(you)的(de)(de)氣(qi)體視作靜止的(de)(de)，稱為氣(qi)柱(zhu)，氣(qi)流(liu)脈動(dong)共振現象(xiang)發生(sheng)在激發頻率(lv)與(yu)氣(qi)柱(zhu)固(gu)有(you)頻率(lv)相重合的(de)(de)時候，所(suo)以，欲(yu)避開(kai)氣(qi)流(liu)脈動(dong)共振，需確定管(guan)系氣(qi)柱(zhu)固(gu)有(you)頻率(lv)。
管(guan)系氣柱(zhu)(zhu)是(shi)多(duo)(duo)自由度的振(zhen)動系統，它有許多(duo)(duo)階固(gu)有頻(pin)(pin)(pin)率。氣柱(zhu)(zhu)固(gu)有頻(pin)(pin)(pin)率取決于系統內(nei)的介質參數以及(ji)管(guan)系尺寸、器(qi)件和(he)管(guan)系的幾何(he)配(pei)置(zhi)。在(zai)壓(ya)縮機端，氣柱(zhu)(zhu)受(shou)到(dao)持(chi)久的周期性(xing)激(ji)(ji)發(fa)作用。激(ji)(ji)發(fa)頻(pin)(pin)(pin)率也(ye)存在(zai)著(zhu)若(ruo)干階，這些階的激(ji)(ji)發(fa)頻(pin)(pin)(pin)率若(ruo)有一(yi)(yi)個與(yu)氣柱(zhu)(zhu)固(gu)有頻(pin)(pin)(pin)率重(zhong)合，就會引起氣柱(zhu)(zhu)共(gong)振(zhen)。此時管(guan)流脈(mo)動激(ji)(ji)烈。做到(dao)任何(he)一(yi)(yi)階都(dou)不重(zhong)合常(chang)常(chang)會遇(yu)到(dao)很大困(kun)難，通常(chang)要求避開一(yi)(yi)階、二階或更高一(yi)(yi)階固(gu)有頻(pin)(pin)(pin)率的共(gong)振(zhen)，以便把脈(mo)動控制在(zai)允許的范圍內(nei)。工程上(shang)規定(ding)，激(ji)(ji)發(fa)頻(pin)(pin)(pin)率與(yu)氣柱(zhu)(zhu)固(gu)有頻(pin)(pin)(pin)率的比值，若(ruo)在(zai)0.8～1.2范圍內(nei)，脈(mo)動都(dou)是(shi)大的，稱此范圍為(wei)共(gong)振(zhen)區。
轉速為(wei)333r／min，激發主頻(pin)率的(de)共(gong)振(zhen)區為(wei)8.88～13.32Hz，要求氣柱固(gu)有(you)頻(pin)率的(de)前三(san)階應避(bi)開激發主頻(pin)率的(de)共(gong)振(zhen)區。
計算結果(guo)表(biao)明（過程略(lve)）：前(qian)三階(jie)氣柱(zhu)固(gu)有頻率(lv)分(fen)別為(wei)2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第二、三階(jie)頻率(lv)落在激發(fa)主頻率(lv)的共(gong)振區。要想避(bi)開，必須采取修改管道走向或加緩沖(chong)器、孔板(ban)等措施。緩沖(chong)器容積加大(da)到0.69m3時(shi)，前(qian)三階(jie)氣柱(zhu)固(gu)有頻率(lv)分(fen)別為(wei)2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都避(bi)開了主頻率(lv)的共(gong)振區。
2. 氣流(liu)脈動分析
過大的(de)(de)氣(qi)(qi)流(liu)脈動會引(yin)起管(guan)道的(de)(de)機械振動。消(xiao)減(jian)氣(qi)(qi)流(liu)脈動的(de)(de)方法是比(bi)較多的(de)(de)，可以根據實際情況，按API618標準衡量(liang)原管(guan)系(xi)的(de)(de)壓力脈動值是否在允許范圍內，并采(cai)取相應措施(shi)。
改變緩沖器的(de)(de)容積是最簡單(dan)有(you)效(xiao)的(de)(de)消振措施(shi)，但(dan)容積大小要(yao)合標準(zhun)，安(an)裝(zhuang)位置要(yao)足夠靠近氣缸，才能使(shi)后(hou)繼(ji)管(guan)線(xian)氣流足夠平穩，達到API618標準(zhun)。如果增設孔板，則孔板計(ji)算(suan)(suan)要(yao)精確，安(an)裝(zhuang)位置要(yao)恰(qia)當，還應計(ji)算(suan)(suan)孔板阻力(li)損失，使(shi)損失在允(yun)許(xu)范圍(wei)內。如果條件允(yun)許(xu)，采取適當改變管(guan)徑、增加(jia)支(zhi)管(guan)等措施(shi)也是行之有(you)效(xiao)的(de)(de)。
入口(kou)管系壓力脈動不均(jun)勻(yun)度計(ji)算值最大點與API標準允(yun)許值的(de)比較(jiao)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(guo)表明(ming)：壓力脈動值(zhi)均符合(he)API標(biao)準。
3．機械振(zhen)動分析
氣(qi)流(liu)脈(mo)動(dong)的壓(ya)力波動(dong)力與壓(ya)縮機(ji)運(yun)行時(shi)的作用力和慣性力都(dou)影響(xiang)著管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)振動(dong)，同(tong)時(shi)管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)的布置和支(zhi)承(cheng)情況也直接(jie)影響(xiang)著管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)振動(dong)，在(zai)脈(mo)動(dong)控(kong)制研究中顯然已把(ba)脈(mo)動(dong)值(zhi)控(kong)制在(zai)允許范圍內，但如果(guo)管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)的走向不(bu)(bu)當、支(zhi)承(cheng)間距不(bu)(bu)當或支(zhi)承(cheng)設計不(bu)(bu)合理，即(ji)使氣(qi)流(liu)脈(mo)動(dong)不(bu)(bu)大，也同(tong)樣會(hui)引起(qi)危險的管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)振動(dong)。
機械系統有其本身的固有頻(pin)率，當這些頻(pin)率的某一階或幾階與(yu)激發頻(pin)率接近時(shi)，會(hui)發生機械共(gong)振(zhen)現象，此時(shi)，管道振(zhen)動較(jiao)大。
另(ling)外，還應注(zhu)意氣柱系(xi)統(tong)固有(you)頻率(lv)與機械系(xi)統(tong)固有(you)頻率(lv)是(shi)否重(zhong)疊的問題，研(yan)究工(gong)作的任務是(shi)使(shi)兩者與激發頻率(lv)在前幾階不重(zhong)合。
從(cong)管(guan)道(dao)振(zhen)動的(de)(de)(de)觀點看，對(dui)管(guan)系施(shi)加恰當的(de)(de)(de)約束可(ke)(ke)以(yi)調整(zheng)其機械(xie)(xie)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)，使機械(xie)(xie)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)與激振(zhen)力(li)頻(pin)率(lv)不重合，支承要有(you)足夠的(de)(de)(de)剛性以(yi)便控(kong)制殘(can)留的(de)(de)(de)激振(zhen)力(li)所引起(qi)的(de)(de)(de)振(zhen)動。較(jiao)低頻(pin)率(lv)的(de)(de)(de)振(zhen)動模態是由管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)橫(heng)向振(zhen)動組成的(de)(de)(de)，故在(zai)支承有(you)足夠剛度(du)的(de)(de)(de)基礎上。在(zai)管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)徑向不應(ying)有(you)任何(he)間隙，但(dan)應(ying)允許管(guan)道(dao)在(zai)軸向有(you)位移的(de)(de)(de)可(ke)(ke)能。
在(zai)管道的(de)(de)(de)(de)布(bu)置上(shang)，有集中質量(liang)（閥、法蘭）等(deng)(deng)的(de)(de)(de)(de)部(bu)位應(ying)(ying)注意適當(dang)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)。另外(wai)在(zai)彎頭、異徑管等(deng)(deng)存在(zai)激(ji)振力(li)的(de)(de)(de)(de)部(bu)位，約束應(ying)(ying)盡量(liang)靠近這些(xie)地方，即使對于直(zhi)徑較小的(de)(de)(de)(de)管道也(ye)有避免(mian)長距(ju)離(li)無(wu)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)或(huo)懸吊的(de)(de)(de)(de)情況。在(zai)管道緩沖器上(shang)的(de)(de)(de)(de)閥或(huo)儀(yi)表等(deng)(deng)，也(ye)應(ying)(ying)將(jiang)其支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)在(zai)母管或(huo)容器上(shang)，目的(de)(de)(de)(de)是(shi)為(wei)了防止這些(xie)元(yuan)件一起振動(dong)時，形(xing)成不(bu)同的(de)(de)(de)(de)振動(dong)而導致破壞應(ying)(ying)力(li)產生。避免(mian)將(jiang)分支(zhi)(zhi)(zhi)上(shang)的(de)(de)(de)(de)閥或(huo)儀(yi)表等(deng)(deng)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)在(zai)振動(dong)物體上(shang)，因為(wei)兩者振動(dong)不(bu)同會產生附加動(dong)應(ying)(ying)力(li)。
管(guan)道(dao)跨距對于不同(tong)(tong)的(de)(de)管(guan)道(dao)配置(zhi)是不同(tong)(tong)的(de)(de)，以保(bao)證每一(yi)管(guan)道(dao)在(zai)結構上具有(you)(you)合適(shi)的(de)(de)局部固有(you)(you)頻(pin)率。為了增加管(guan)卡的(de)(de)阻(zu)尼(ni)，可使用(yong)少許可以壓(ya)縮的(de)(de)襯墊材(cai)料，如石棉橡(xiang)膠等材(cai)料，確(que)保(bao)管(guan)卡與管(guan)道(dao)充分接觸，在(zai)管(guan)的(de)(de)徑向(xiang)沒(mei)有(you)(you)任何間隙(xi)。
根據(ju)壓縮機的(de)轉速，計(ji)算的(de)激(ji)發(fa)主頻(pin)（二(er)階）為11.1Hz，共(gong)振區(qu)的(de)頻(pin)率范圍（0.8～1.2）f為8.88～13.32Hz。設計(ji)的(de)原則應(ying)使壓縮機的(de)進出口管系的(de)結構固有(you)頻(pin)率至少前三階避(bi)開激(ji)發(fa)頻(pin)率共(gong)振區(qu)的(de)頻(pin)率范圍。
下(xia)列數據是對(dui)(dui)壓縮機入口管系的(de)前(qian)十階(jie)(jie)固有頻(pin)(pin)率的(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。通過觀察管系的(de)各階(jie)(jie)振(zhen)動(dong)模(mo)(mo)態可知(zhi)，在7.48Hz、16.05Hz下(xia)的(de)振(zhen)動(dong)模(mo)(mo)態為架空管線振(zhen)動(dong)，與現場觀察的(de)振(zhen)動(dong)情況相同，而此幾階(jie)(jie)頻(pin)(pin)率正好落在前(qian)三階(jie)(jie)激振(zhen)頻(pin)(pin)率的(de)共振(zhen)區內，故應對(dui)(dui)管系的(de)結構(gou)進行修改。
上(shang)述分離器出口架空管(guan)(guan)線振(zhen)動(dong)的(de)(de)主(zhu)要(yao)(yao)原(yuan)因是(shi)用來(lai)支(zhi)承的(de)(de)立(li)(li)柱(zhu)的(de)(de)剛度(du)較低，由于管(guan)(guan)線較高（EL＋7000），立(li)(li)柱(zhu)的(de)(de)剛度(du)設計很難(nan)滿足要(yao)(yao)求。故必須將此架空管(guan)(guan)線修改為沿地(di)面敷設，在地(di)面設管(guan)(guan)墩支(zhi)承。
修改(gai)后的管系固(gu)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。
前幾階頻率都(dou)完全避開了激振(zhen)主頻的共振(zhen)頻率區。
4. 推薦方案要(yao)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）。
