現場檢(jian)查發(fa)現，某(mou)循環氫壓縮機入口管線(xian)從入口分液罐到催(cui)化劑分離(li)器間管線(xian)及分離(li)器出口段(duan)架空管線(xian)振(zhen)動(dong)較(jiao)大，且帶(dai)動(dong)與其相連的(de)(de)設(she)備和(he)(he)立柱(zhu)一起振(zhen)動(dong)。為解決此振(zhen)動(dong)問題，需進行(xing)管道系統氣(qi)流脈動(dong)和(he)(he)機械振(zhen)動(dong)控制的(de)(de)計算與研究，以達到安(an)全運(yun)行(xing)的(de)(de)目的(de)(de)。
1. 氣柱固有頻率分析
往復式壓縮機的管(guan)流速一般都比較低（(4~20m/s)，與氣(qi)體(ti)的聲速相比（空氣(qi)常溫下為340m／s）可以略去不計，把管(guan)內所含(han)有的氣(qi)體(ti)視(shi)作靜止的，稱為氣(qi)柱，氣(qi)流脈動(dong)共(gong)振(zhen)現象發生在激發頻(pin)率(lv)與氣(qi)柱固有頻(pin)率(lv)相重(zhong)合的時候，所以，欲避(bi)開氣(qi)流脈動(dong)共(gong)振(zhen)，需確定管(guan)系(xi)氣(qi)柱固有頻(pin)率(lv)。
管(guan)系氣(qi)柱(zhu)是多(duo)自由(you)度的振(zhen)(zhen)動(dong)系統(tong)，它有(you)(you)許多(duo)階(jie)(jie)固有(you)(you)頻(pin)(pin)率。氣(qi)柱(zhu)固有(you)(you)頻(pin)(pin)率取(qu)決于系統(tong)內(nei)(nei)的介(jie)質參數以及(ji)管(guan)系尺(chi)寸、器(qi)件(jian)和管(guan)系的幾何配(pei)置。在(zai)(zai)壓縮機(ji)端，氣(qi)柱(zhu)受到(dao)持久的周(zhou)期性激(ji)(ji)發作用(yong)。激(ji)(ji)發頻(pin)(pin)率也存在(zai)(zai)著(zhu)若干階(jie)(jie)，這些階(jie)(jie)的激(ji)(ji)發頻(pin)(pin)率若有(you)(you)一個(ge)與氣(qi)柱(zhu)固有(you)(you)頻(pin)(pin)率重合，就會(hui)引起氣(qi)柱(zhu)共(gong)振(zhen)(zhen)。此時管(guan)流脈動(dong)激(ji)(ji)烈。做到(dao)任何一階(jie)(jie)都不重合常常會(hui)遇到(dao)很大困難(nan)，通常要求避開一階(jie)(jie)、二階(jie)(jie)或(huo)更高(gao)一階(jie)(jie)固有(you)(you)頻(pin)(pin)率的共(gong)振(zhen)(zhen)，以便把脈動(dong)控制在(zai)(zai)允許的范(fan)(fan)圍內(nei)(nei)。工程上規定(ding)，激(ji)(ji)發頻(pin)(pin)率與氣(qi)柱(zhu)固有(you)(you)頻(pin)(pin)率的比值(zhi)，若在(zai)(zai)0.8～1.2范(fan)(fan)圍內(nei)(nei)，脈動(dong)都是大的，稱此范(fan)(fan)圍為共(gong)振(zhen)(zhen)區。
轉速(su)為333r／min，激(ji)發主(zhu)(zhu)頻(pin)率的(de)(de)共振(zhen)區為8.88～13.32Hz，要求氣柱固有頻(pin)率的(de)(de)前三階應避開激(ji)發主(zhu)(zhu)頻(pin)率的(de)(de)共振(zhen)區。
計算結果(guo)表明(ming)（過(guo)程略）：前三階(jie)氣(qi)柱固(gu)有頻(pin)(pin)率(lv)分別為(wei)(wei)2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第二、三階(jie)頻(pin)(pin)率(lv)落在激發主(zhu)頻(pin)(pin)率(lv)的共(gong)振(zhen)區(qu)(qu)。要想(xiang)避(bi)開，必(bi)須采(cai)取修改(gai)管(guan)道(dao)走向(xiang)或加緩(huan)沖器、孔板等措施。緩(huan)沖器容(rong)積加大到0.69m3時，前三階(jie)氣(qi)柱固(gu)有頻(pin)(pin)率(lv)分別為(wei)(wei)2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都避(bi)開了主(zhu)頻(pin)(pin)率(lv)的共(gong)振(zhen)區(qu)(qu)。
2. 氣流脈動分析
過(guo)大的氣(qi)流脈動會引起管(guan)道的機(ji)械振動。消減氣(qi)流脈動的方法(fa)是(shi)比較(jiao)多的，可以根據實際(ji)情(qing)況，按API618標準衡量(liang)原管(guan)系的壓力脈動值是(shi)否在允(yun)許范圍內，并采取相(xiang)應措施。
改變緩沖器的(de)容(rong)積(ji)是最簡(jian)單有(you)(you)效的(de)消振措施，但容(rong)積(ji)大小要合標準(zhun)，安裝(zhuang)位(wei)置(zhi)要足夠靠近氣(qi)缸，才能使(shi)后(hou)繼管線氣(qi)流足夠平穩，達到(dao)API618標準(zhun)。如(ru)果增(zeng)設(she)孔板，則孔板計算要精確，安裝(zhuang)位(wei)置(zhi)要恰(qia)當(dang)，還(huan)應計算孔板阻力(li)損失(shi)，使(shi)損失(shi)在允許范圍內(nei)。如(ru)果條件允許，采取適當(dang)改變管徑、增(zeng)加支管等措施也是行(xing)之有(you)(you)效的(de)。
入口管系壓力(li)脈動不均(jun)勻度(du)計算值(zhi)最大點與(yu)API標(biao)準允許值(zhi)的比(bi)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。
計算結果表明：壓力脈動值均符合API標準(zhun)。
3．機械振(zhen)動分析
氣流(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)的(de)壓(ya)力(li)波動(dong)(dong)力(li)與壓(ya)縮機運行時(shi)的(de)作(zuo)用力(li)和慣性(xing)力(li)都(dou)影(ying)響(xiang)著管(guan)道(dao)振動(dong)(dong)，同時(shi)管(guan)道(dao)的(de)布置和支(zhi)承(cheng)情況也(ye)直接影(ying)響(xiang)著管(guan)道(dao)振動(dong)(dong)，在(zai)脈(mo)動(dong)(dong)控制(zhi)研究中(zhong)顯(xian)然已把脈(mo)動(dong)(dong)值控制(zhi)在(zai)允許范圍內，但(dan)如果(guo)管(guan)道(dao)的(de)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)使氣流(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)不(bu)(bu)大(da)，也(ye)同樣會引起(qi)危(wei)險的(de)管(guan)道(dao)振動(dong)(dong)。
機械系(xi)統(tong)有(you)其本身的固有(you)頻率(lv)，當這些(xie)頻率(lv)的某一階或(huo)幾階與激發頻率(lv)接近時(shi)，會發生機械共(gong)振現象(xiang)，此時(shi)，管道(dao)振動較大。
另外，還應注意氣柱系統固(gu)(gu)有頻(pin)(pin)率與(yu)機械(xie)系統固(gu)(gu)有頻(pin)(pin)率是否重疊的問題，研究工(gong)作的任務是使(shi)兩者(zhe)與(yu)激發(fa)頻(pin)(pin)率在前幾階(jie)不重合(he)。
從管道(dao)振(zhen)(zhen)動(dong)的(de)觀點看，對管系(xi)施加恰當的(de)約束可(ke)以(yi)調整其機械(xie)固有(you)頻率(lv)，使機械(xie)固有(you)頻率(lv)與(yu)激振(zhen)(zhen)力頻率(lv)不重合(he)，支承(cheng)要有(you)足夠的(de)剛(gang)性(xing)以(yi)便(bian)控制殘留的(de)激振(zhen)(zhen)力所引起的(de)振(zhen)(zhen)動(dong)。較低(di)頻率(lv)的(de)振(zhen)(zhen)動(dong)模(mo)態是由管道(dao)的(de)橫向振(zhen)(zhen)動(dong)組成的(de)，故在支承(cheng)有(you)足夠剛(gang)度(du)的(de)基礎上。在管道(dao)的(de)徑向不應(ying)有(you)任何間隙，但應(ying)允許(xu)管道(dao)在軸向有(you)位(wei)移(yi)的(de)可(ke)能。
在管(guan)道的(de)布置上，有(you)集(ji)中質量(liang)（閥(fa)、法蘭(lan)）等(deng)(deng)的(de)部位(wei)應(ying)注意適(shi)當(dang)支(zhi)承(cheng)(cheng)。另外在彎頭(tou)、異徑管(guan)等(deng)(deng)存在激振力的(de)部位(wei)，約束(shu)應(ying)盡量(liang)靠近這些(xie)地方，即使對(dui)于(yu)直(zhi)徑較小的(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)情況。在管(guan)道緩沖器(qi)上的(de)閥(fa)或(huo)(huo)儀表等(deng)(deng)，也應(ying)將(jiang)其支(zhi)承(cheng)(cheng)在母管(guan)或(huo)(huo)容器(qi)上，目的(de)是為(wei)了防止這些(xie)元(yuan)件一起振動(dong)(dong)時，形成不同(tong)的(de)振動(dong)(dong)而導致破壞應(ying)力產生。避(bi)免將(jiang)分支(zhi)上的(de)閥(fa)或(huo)(huo)儀表等(deng)(deng)支(zhi)承(cheng)(cheng)在振動(dong)(dong)物體上，因為(wei)兩者振動(dong)(dong)不同(tong)會產生附加動(dong)(dong)應(ying)力。
管(guan)道跨距對于不(bu)同的(de)管(guan)道配置是不(bu)同的(de)，以保證每一管(guan)道在(zai)結構上具有(you)(you)(you)合適(shi)的(de)局(ju)部固(gu)有(you)(you)(you)頻率(lv)。為(wei)了(le)增加管(guan)卡的(de)阻尼(ni)，可(ke)使用少許可(ke)以壓縮的(de)襯墊材(cai)料，如(ru)石棉橡膠等材(cai)料，確保管(guan)卡與管(guan)道充分接觸(chu)，在(zai)管(guan)的(de)徑(jing)向沒有(you)(you)(you)任何間隙。
根據壓縮機(ji)的(de)(de)(de)轉速，計(ji)算的(de)(de)(de)激(ji)(ji)發主頻（二階）為11.1Hz，共振(zhen)區的(de)(de)(de)頻率(lv)范圍（0.8～1.2）f為8.88～13.32Hz。設計(ji)的(de)(de)(de)原則應使壓縮機(ji)的(de)(de)(de)進出口管系的(de)(de)(de)結(jie)構固有頻率(lv)至少前三階避(bi)開激(ji)(ji)發頻率(lv)共振(zhen)區的(de)(de)(de)頻率(lv)范圍。
下列數據是(shi)對壓縮機入口管(guan)系的(de)(de)(de)前(qian)十(shi)階(jie)固有頻(pin)(pin)率的(de)(de)(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(guan)察管(guan)系的(de)(de)(de)各階(jie)振(zhen)動模態可知(zhi)，在(zai)7.48Hz、16.05Hz下的(de)(de)(de)振(zhen)動模態為架空管(guan)線振(zhen)動，與現場觀(guan)察的(de)(de)(de)振(zhen)動情(qing)況相同，而此幾(ji)階(jie)頻(pin)(pin)率正好落在(zai)前(qian)三階(jie)激(ji)振(zhen)頻(pin)(pin)率的(de)(de)(de)共振(zhen)區內，故應(ying)對管(guan)系的(de)(de)(de)結構進行修(xiu)改。
上(shang)述分離(li)器出口架空管線(xian)振動的(de)主要(yao)原因是用來(lai)支(zhi)承的(de)立柱的(de)剛(gang)度較低，由于管線(xian)較高（EL＋7000），立柱的(de)剛(gang)度設計很難(nan)滿足要(yao)求。故必須將此架空管線(xian)修改為沿地(di)面敷設，在地(di)面設管墩支(zhi)承。
修改后的管系固有頻率計算如(ru)下：20.08Hz、24.95Hz、25.49Hz、26.24Hz、26.88Hz、29.30Hz、32.15Hz、32.17Hz、32.18Hz、32.23Hz。
前(qian)幾(ji)階頻(pin)率(lv)都完(wan)全避開了(le)激(ji)振(zhen)主頻(pin)的共(gong)振(zhen)頻(pin)率(lv)區(qu)。
4. 推薦(jian)方案(an)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）。
