現場檢查發現，某循(xun)環氫壓縮機(ji)(ji)入口管(guan)(guan)線(xian)從入口分液罐到催化劑分離(li)器(qi)間管(guan)(guan)線(xian)及分離(li)器(qi)出口段(duan)架(jia)空管(guan)(guan)線(xian)振動(dong)較大，且帶(dai)動(dong)與(yu)其(qi)相(xiang)連的(de)設備和(he)立(li)柱一起(qi)振動(dong)。為解(jie)決此振動(dong)問題，需進(jin)行管(guan)(guan)道系統(tong)氣流脈動(dong)和(he)機(ji)(ji)械(xie)振動(dong)控制(zhi)的(de)計算與(yu)研究，以達(da)到安全運行的(de)目的(de)。
1. 氣柱固有頻(pin)率分(fen)析
往復式(shi)壓縮機的(de)(de)管流速(su)(su)一般(ban)都比較(jiao)低（(4~20m/s)，與氣(qi)(qi)體的(de)(de)聲速(su)(su)相比（空氣(qi)(qi)常溫下(xia)為340m／s）可以略去不(bu)計(ji)，把管內(nei)所含有的(de)(de)氣(qi)(qi)體視作靜(jing)止的(de)(de)，稱為氣(qi)(qi)柱，氣(qi)(qi)流脈動共振(zhen)現象發生在激發頻率(lv)與氣(qi)(qi)柱固(gu)(gu)有頻率(lv)相重合(he)的(de)(de)時候(hou)，所以，欲(yu)避開氣(qi)(qi)流脈動共振(zhen)，需確定管系氣(qi)(qi)柱固(gu)(gu)有頻率(lv)。
管系氣柱(zhu)是多自(zi)由度的(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)系統，它(ta)有許多階固有頻(pin)率(lv)。氣柱(zhu)固有頻(pin)率(lv)取決于系統內(nei)的(de)(de)(de)介(jie)質參數(shu)以及管系尺寸、器件和管系的(de)(de)(de)幾何配置。在(zai)壓(ya)縮機端，氣柱(zhu)受(shou)到(dao)持久的(de)(de)(de)周期性激(ji)(ji)發(fa)(fa)(fa)作用。激(ji)(ji)發(fa)(fa)(fa)頻(pin)率(lv)也(ye)存在(zai)著若干階，這些階的(de)(de)(de)激(ji)(ji)發(fa)(fa)(fa)頻(pin)率(lv)若有一(yi)個與氣柱(zhu)固有頻(pin)率(lv)重(zhong)合，就會引起(qi)氣柱(zhu)共振(zhen)。此(ci)時(shi)管流(liu)脈動(dong)激(ji)(ji)烈。做到(dao)任何一(yi)階都(dou)不重(zhong)合常常會遇到(dao)很大困(kun)難，通常要求避開一(yi)階、二階或更(geng)高一(yi)階固有頻(pin)率(lv)的(de)(de)(de)共振(zhen)，以便把(ba)脈動(dong)控制在(zai)允許的(de)(de)(de)范圍(wei)內(nei)。工程上(shang)規定，激(ji)(ji)發(fa)(fa)(fa)頻(pin)率(lv)與氣柱(zhu)固有頻(pin)率(lv)的(de)(de)(de)比值(zhi)，若在(zai)0.8～1.2范圍(wei)內(nei)，脈動(dong)都(dou)是大的(de)(de)(de)，稱(cheng)此(ci)范圍(wei)為共振(zhen)區。
轉速(su)為(wei)333r／min，激(ji)發主頻率的共振區為(wei)8.88～13.32Hz，要求氣(qi)柱固有頻率的前(qian)三階應(ying)避開激(ji)發主頻率的共振區。
計算(suan)結果表(biao)明（過程(cheng)略(lve)）：前三(san)(san)階(jie)氣柱固有(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)分別為(wei)2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第二(er)、三(san)(san)階(jie)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)落在激發主(zhu)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)的共振區。要想(xiang)避開，必須采取(qu)修改管道(dao)走向或(huo)加(jia)緩(huan)沖(chong)器、孔板等措施。緩(huan)沖(chong)器容積加(jia)大到0.69m3時，前三(san)(san)階(jie)氣柱固有(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)分別為(wei)2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都避開了主(zhu)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)的共振區。
2. 氣流脈動分析
過大的(de)氣(qi)(qi)流(liu)脈(mo)(mo)動(dong)會引起管道的(de)機械(xie)振動(dong)。消減氣(qi)(qi)流(liu)脈(mo)(mo)動(dong)的(de)方(fang)法是比較多的(de)，可以根據實際情況，按API618標(biao)準衡(heng)量原管系(xi)的(de)壓力脈(mo)(mo)動(dong)值(zhi)是否在(zai)允(yun)許范圍(wei)內(nei)，并采取(qu)相應措施(shi)。
改(gai)變緩沖器的容積是最簡單有效的消(xiao)振措施(shi)，但容積大小要合標準，安裝位置(zhi)要足夠(gou)靠(kao)近氣缸(gang)，才(cai)能(neng)使(shi)后(hou)繼管(guan)線氣流足夠(gou)平穩，達到API618標準。如果增設孔(kong)板(ban)(ban)，則孔(kong)板(ban)(ban)計算要精(jing)確，安裝位置(zhi)要恰當，還應(ying)計算孔(kong)板(ban)(ban)阻力(li)損失，使(shi)損失在允許范圍內。如果條件允許，采取適當改(gai)變管(guan)徑、增加支(zhi)管(guan)等措施(shi)也(ye)是行之有效的。
入(ru)口管系(xi)壓力脈(mo)動不均勻度(du)計算(suan)值最(zui)大點(dian)與API標準允(yun)許值的比較見表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。
計算結果(guo)表明：壓(ya)力脈動值均符合API標準。
3．機械振動分析
氣流脈(mo)動(dong)(dong)的(de)壓力(li)(li)(li)波動(dong)(dong)力(li)(li)(li)與壓縮機運行(xing)時(shi)的(de)作用力(li)(li)(li)和慣性力(li)(li)(li)都影(ying)響(xiang)著管(guan)道(dao)(dao)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)，同(tong)時(shi)管(guan)道(dao)(dao)的(de)布(bu)置和支承情況也(ye)直接影(ying)響(xiang)著管(guan)道(dao)(dao)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)，在(zai)脈(mo)動(dong)(dong)控(kong)制研(yan)究中(zhong)顯然已把(ba)脈(mo)動(dong)(dong)值(zhi)控(kong)制在(zai)允許范圍(wei)內，但如果管(guan)道(dao)(dao)的(de)走向不(bu)當(dang)、支承間距不(bu)當(dang)或支承設(she)計(ji)不(bu)合(he)理，即使氣流脈(mo)動(dong)(dong)不(bu)大，也(ye)同(tong)樣會引起危險的(de)管(guan)道(dao)(dao)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)。
機械(xie)系統(tong)有其本身的(de)固有頻率(lv)，當(dang)這些(xie)頻率(lv)的(de)某一階(jie)或幾階(jie)與激(ji)發(fa)頻率(lv)接(jie)近(jin)時，會發(fa)生(sheng)機械(xie)共(gong)振(zhen)(zhen)現象，此時，管道(dao)振(zhen)(zhen)動較大。
另(ling)外，還應(ying)注意(yi)氣柱系統固有頻(pin)率與機械系統固有頻(pin)率是否重(zhong)疊的(de)問(wen)題，研究工作的(de)任務是使兩者與激發(fa)頻(pin)率在(zai)前幾階不(bu)重(zhong)合。
從管(guan)(guan)(guan)道振動的(de)(de)(de)觀(guan)點看，對管(guan)(guan)(guan)系施加恰當的(de)(de)(de)約束可以(yi)調整其機械固有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)率，使機械固有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)率與激振力頻(pin)(pin)(pin)率不(bu)重合，支(zhi)承要有(you)(you)足(zu)夠的(de)(de)(de)剛性以(yi)便控制(zhi)殘(can)留的(de)(de)(de)激振力所引起的(de)(de)(de)振動。較低頻(pin)(pin)(pin)率的(de)(de)(de)振動模態是由(you)管(guan)(guan)(guan)道的(de)(de)(de)橫向振動組成的(de)(de)(de)，故(gu)在(zai)支(zhi)承有(you)(you)足(zu)夠剛度的(de)(de)(de)基礎上。在(zai)管(guan)(guan)(guan)道的(de)(de)(de)徑(jing)向不(bu)應有(you)(you)任何間(jian)隙，但應允許管(guan)(guan)(guan)道在(zai)軸向有(you)(you)位移的(de)(de)(de)可能。
在(zai)管道的(de)(de)布置上(shang)，有集(ji)中質量(liang)（閥(fa)、法蘭）等(deng)的(de)(de)部位應注意適當支承(cheng)。另外在(zai)彎(wan)頭、異徑管等(deng)存在(zai)激振(zhen)力(li)的(de)(de)部位，約(yue)束應盡量(liang)靠(kao)近這(zhe)些地方，即使對于直徑較小的(de)(de)管道也有避免長距離(li)無支承(cheng)或懸(xuan)吊的(de)(de)情況。在(zai)管道緩(huan)沖器(qi)上(shang)的(de)(de)閥(fa)或儀(yi)表等(deng)，也應將其支承(cheng)在(zai)母管或容器(qi)上(shang)，目的(de)(de)是為了防止這(zhe)些元件一(yi)起振(zhen)動時，形成不(bu)同的(de)(de)振(zhen)動而(er)導(dao)致破(po)壞應力(li)產生。避免將分支上(shang)的(de)(de)閥(fa)或儀(yi)表等(deng)支承(cheng)在(zai)振(zhen)動物體上(shang)，因為兩者振(zhen)動不(bu)同會產生附加動應力(li)。
管(guan)(guan)道(dao)跨距對于不(bu)同(tong)的(de)(de)管(guan)(guan)道(dao)配置是不(bu)同(tong)的(de)(de)，以(yi)保證(zheng)每(mei)一管(guan)(guan)道(dao)在結(jie)構上具有合適的(de)(de)局部固有頻率。為了增加管(guan)(guan)卡的(de)(de)阻尼，可使用少許可以(yi)壓縮的(de)(de)襯墊材(cai)料，如石棉橡膠等材(cai)料，確保管(guan)(guan)卡與管(guan)(guan)道(dao)充分接觸，在管(guan)(guan)的(de)(de)徑(jing)向沒有任何(he)間(jian)隙(xi)。
根(gen)據壓縮(suo)(suo)機的(de)(de)轉速，計算的(de)(de)激(ji)(ji)發主(zhu)頻(pin)（二階(jie)）為(wei)11.1Hz，共振(zhen)區(qu)的(de)(de)頻(pin)率范圍（0.8～1.2）f為(wei)8.88～13.32Hz。設計的(de)(de)原(yuan)則應使壓縮(suo)(suo)機的(de)(de)進(jin)出口管系的(de)(de)結構固有頻(pin)率至少前三階(jie)避開激(ji)(ji)發頻(pin)率共振(zhen)區(qu)的(de)(de)頻(pin)率范圍。
下列數(shu)據是對壓縮(suo)機(ji)入口(kou)管(guan)系的前(qian)十(shi)階固有頻(pin)(pin)率(lv)的計算結果：7.48Hz、16.05Hz、20.14Hz、25.87Hz、26.75Hz、26.87Hz、29.14Hz、29.30Hz、32.13Hz、32.17Hz。通過觀察(cha)管(guan)系的各(ge)階振(zhen)動模(mo)態(tai)可知，在7.48Hz、16.05Hz下的振(zhen)動模(mo)態(tai)為架(jia)空(kong)管(guan)線振(zhen)動，與現(xian)場觀察(cha)的振(zhen)動情況相同，而此幾階頻(pin)(pin)率(lv)正好落在前(qian)三階激振(zhen)頻(pin)(pin)率(lv)的共振(zhen)區內(nei)，故應(ying)對管(guan)系的結構進行修改。
上述(shu)分離器(qi)出口架空(kong)管(guan)線振動(dong)的(de)主要原因是用來支承(cheng)的(de)立柱的(de)剛度較(jiao)低(di)，由于管(guan)線較(jiao)高（EL＋7000），立柱的(de)剛度設計(ji)很難滿足要求。故必須(xu)將此架空(kong)管(guan)線修(xiu)改為沿地面(mian)敷(fu)設，在地面(mian)設管(guan)墩支承(cheng)。
修改后(hou)的管系(xi)固(gu)有(you)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(qian)幾階頻率(lv)(lv)都完全避(bi)開了激振主頻的共振頻率(lv)(lv)區。
4. 推薦(jian)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）。
