現場檢查發(fa)現，某循環氫(qing)壓縮(suo)機入口(kou)管(guan)(guan)線從入口(kou)分液罐到(dao)催化劑分離(li)器(qi)間管(guan)(guan)線及分離(li)器(qi)出口(kou)段架空管(guan)(guan)線振(zhen)動(dong)(dong)較大(da)，且帶動(dong)(dong)與(yu)其相連的(de)設備和立(li)柱(zhu)一(yi)起(qi)振(zhen)動(dong)(dong)。為解決此振(zhen)動(dong)(dong)問(wen)題，需進(jin)行管(guan)(guan)道(dao)系統氣流脈動(dong)(dong)和機械振(zhen)動(dong)(dong)控制的(de)計算與(yu)研究(jiu)，以達到(dao)安全運行的(de)目的(de)。
1. 氣柱固有頻率分(fen)析
往復式(shi)壓(ya)縮機的(de)管流速(su)一(yi)般都比較低（(4~20m/s)，與氣(qi)(qi)體的(de)聲速(su)相比（空氣(qi)(qi)常(chang)溫下為340m／s）可以略(lve)去(qu)不計，把(ba)管內所含有的(de)氣(qi)(qi)體視作靜止的(de)，稱為氣(qi)(qi)柱，氣(qi)(qi)流脈(mo)動(dong)共振(zhen)現象發生在激(ji)發頻率(lv)(lv)與氣(qi)(qi)柱固(gu)有頻率(lv)(lv)相重合(he)的(de)時候，所以，欲避開氣(qi)(qi)流脈(mo)動(dong)共振(zhen)，需(xu)確定管系氣(qi)(qi)柱固(gu)有頻率(lv)(lv)。
管系氣柱是多自由度的(de)(de)振動(dong)系統，它(ta)有(you)(you)(you)許(xu)(xu)多階固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)。氣柱固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)取決于系統內(nei)的(de)(de)介(jie)質參數以及管系尺寸、器件(jian)和管系的(de)(de)幾(ji)何(he)配置。在壓縮機端，氣柱受到(dao)持久的(de)(de)周期性(xing)激發(fa)作用。激發(fa)頻(pin)(pin)率(lv)也存在著若(ruo)干階，這些階的(de)(de)激發(fa)頻(pin)(pin)率(lv)若(ruo)有(you)(you)(you)一個與(yu)氣柱固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)重合，就會引(yin)起氣柱共(gong)振。此時管流(liu)脈動(dong)激烈。做到(dao)任何(he)一階都(dou)不重合常(chang)常(chang)會遇(yu)到(dao)很(hen)大(da)困難，通常(chang)要求避(bi)開一階、二階或更高一階固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)共(gong)振，以便(bian)把脈動(dong)控制(zhi)在允許(xu)(xu)的(de)(de)范(fan)圍(wei)內(nei)。工程上規定，激發(fa)頻(pin)(pin)率(lv)與(yu)氣柱固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)比值，若(ruo)在0.8～1.2范(fan)圍(wei)內(nei)，脈動(dong)都(dou)是大(da)的(de)(de)，稱此范(fan)圍(wei)為(wei)共(gong)振區。
轉(zhuan)速為333r／min，激(ji)發(fa)主頻(pin)率的共振區為8.88～13.32Hz，要求氣柱固有頻(pin)率的前(qian)三階應避開激(ji)發(fa)主頻(pin)率的共振區。
計算結果(guo)表明(ming)（過程略）：前三階氣柱固有頻(pin)率(lv)分(fen)別為2.89Hz、10.48Hz、13.28Hz，第二、三階頻(pin)率(lv)落在激發(fa)主頻(pin)率(lv)的共(gong)振區。要想避開(kai)，必(bi)須(xu)采取修改管道走向(xiang)或加緩(huan)沖器、孔板等措施。緩(huan)沖器容積加大到0.69m3時(shi)，前三階氣柱固有頻(pin)率(lv)分(fen)別為2.16Hz、7.5Hz、8.7Hz，都避開(kai)了主頻(pin)率(lv)的共(gong)振區。
2. 氣流脈動分析
過(guo)大的(de)(de)(de)氣流(liu)脈動會引起管道的(de)(de)(de)機械(xie)振動。消減氣流(liu)脈動的(de)(de)(de)方法是(shi)比較多的(de)(de)(de)，可以根據實際情況(kuang)，按API618標準(zhun)衡量原管系的(de)(de)(de)壓(ya)力(li)脈動值是(shi)否在允許(xu)范圍內，并采取相應(ying)措施(shi)。
改變緩沖(chong)器的(de)容(rong)積是最簡單有效(xiao)的(de)消振措施(shi)，但容(rong)積大小要(yao)合標(biao)準(zhun)，安裝位置要(yao)足夠(gou)靠近(jin)氣缸(gang)，才能使(shi)后(hou)繼管(guan)線(xian)氣流足夠(gou)平穩(wen)，達(da)到API618標(biao)準(zhun)。如果(guo)(guo)增(zeng)設(she)孔(kong)(kong)板，則孔(kong)(kong)板計算要(yao)精確，安裝位置要(yao)恰當，還(huan)應計算孔(kong)(kong)板阻力(li)損失，使(shi)損失在允(yun)(yun)許范圍內。如果(guo)(guo)條件允(yun)(yun)許，采(cai)取適當改變管(guan)徑、增(zeng)加(jia)支管(guan)等措施(shi)也是行之有效(xiao)的(de)。
入口管系壓力脈動不均勻度計算值最大點與API標準允(yun)許值的比(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(ji)算結果表(biao)明：壓力(li)脈動值均(jun)符合API標準。
3．機械振動分析
氣流(liu)脈(mo)動(dong)的(de)壓力(li)(li)(li)波動(dong)力(li)(li)(li)與壓縮機運行時(shi)的(de)作用力(li)(li)(li)和慣性力(li)(li)(li)都影(ying)響(xiang)著管道(dao)(dao)振動(dong)，同(tong)時(shi)管道(dao)(dao)的(de)布置和支承(cheng)情況也直接影(ying)響(xiang)著管道(dao)(dao)振動(dong)，在脈(mo)動(dong)控(kong)制(zhi)研究中顯然(ran)已把脈(mo)動(dong)值控(kong)制(zhi)在允許范圍內，但如果管道(dao)(dao)的(de)走向不當、支承(cheng)間距不當或(huo)支承(cheng)設計不合理(li)，即使氣流(liu)脈(mo)動(dong)不大，也同(tong)樣(yang)會引起危險的(de)管道(dao)(dao)振動(dong)。
機(ji)械系統有(you)其本身(shen)的(de)固有(you)頻(pin)率，當這些頻(pin)率的(de)某一(yi)階或(huo)幾(ji)階與激發(fa)頻(pin)率接近(jin)時，會發(fa)生機(ji)械共振現象，此(ci)時，管(guan)道振動較(jiao)大。
另(ling)外，還應(ying)注意氣柱(zhu)系(xi)統(tong)固有(you)頻(pin)率與機械系(xi)統(tong)固有(you)頻(pin)率是否重(zhong)疊的問題(ti)，研究工作的任務是使(shi)兩(liang)者與激發頻(pin)率在前幾階不重(zhong)合(he)。
從管(guan)(guan)(guan)道(dao)振(zhen)動的(de)觀點看，對管(guan)(guan)(guan)系施加恰當的(de)約(yue)束可以調整其機械固(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)，使機械固(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)與激振(zhen)力頻(pin)(pin)率(lv)(lv)不(bu)重(zhong)合，支承要(yao)有(you)足夠(gou)(gou)的(de)剛性以便控制殘留的(de)激振(zhen)力所引(yin)起的(de)振(zhen)動。較低頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)振(zhen)動模態(tai)是由管(guan)(guan)(guan)道(dao)的(de)橫向振(zhen)動組成的(de)，故在支承有(you)足夠(gou)(gou)剛度的(de)基礎上。在管(guan)(guan)(guan)道(dao)的(de)徑(jing)向不(bu)應有(you)任何(he)間隙，但應允(yun)許管(guan)(guan)(guan)道(dao)在軸向有(you)位移的(de)可能。
在管(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)(de)布置(zhi)上(shang)，有集中質(zhi)量（閥(fa)、法蘭）等(deng)(deng)的(de)(de)(de)部位應注意適當支(zhi)(zhi)承。另外(wai)在彎頭、異徑管(guan)(guan)等(deng)(deng)存(cun)在激振力的(de)(de)(de)部位，約束應盡(jin)量靠(kao)近這(zhe)些(xie)地方，即使對于直徑較小的(de)(de)(de)管(guan)(guan)道(dao)也有避(bi)免長距離無支(zhi)(zhi)承或(huo)(huo)懸吊的(de)(de)(de)情(qing)況。在管(guan)(guan)道(dao)緩(huan)沖器上(shang)的(de)(de)(de)閥(fa)或(huo)(huo)儀表等(deng)(deng)，也應將其支(zhi)(zhi)承在母管(guan)(guan)或(huo)(huo)容器上(shang)，目(mu)的(de)(de)(de)是為(wei)了防(fang)止這(zhe)些(xie)元件一(yi)起振動(dong)時，形成(cheng)不同的(de)(de)(de)振動(dong)而導(dao)致破壞應力產(chan)生。避(bi)免將分支(zhi)(zhi)上(shang)的(de)(de)(de)閥(fa)或(huo)(huo)儀表等(deng)(deng)支(zhi)(zhi)承在振動(dong)物體上(shang)，因(yin)為(wei)兩者振動(dong)不同會產(chan)生附加動(dong)應力。
管(guan)道跨距對于(yu)不同(tong)的(de)(de)(de)管(guan)道配置(zhi)是不同(tong)的(de)(de)(de)，以(yi)(yi)保證(zheng)每一管(guan)道在(zai)結構上(shang)具有合適的(de)(de)(de)局部固有頻率。為了增加(jia)管(guan)卡的(de)(de)(de)阻尼，可(ke)使用少許(xu)可(ke)以(yi)(yi)壓縮(suo)的(de)(de)(de)襯墊材料，如石棉(mian)橡膠等材料，確保管(guan)卡與管(guan)道充(chong)分接(jie)觸(chu)，在(zai)管(guan)的(de)(de)(de)徑向沒有任何間隙。
根據壓縮機(ji)的(de)(de)(de)轉速(su)，計(ji)算的(de)(de)(de)激發主(zhu)頻(pin)(pin)（二階）為11.1Hz，共(gong)振(zhen)區的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率范圍（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)結構固有頻(pin)(pin)率至少(shao)前(qian)三階避開激發頻(pin)(pin)率共(gong)振(zhen)區的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率范圍。
下列(lie)數據是對壓縮機入口管(guan)系的(de)前(qian)(qian)十階固有頻率(lv)(lv)的(de)計算(suan)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(cha)管(guan)系的(de)各階振動(dong)(dong)模態可知，在(zai)7.48Hz、16.05Hz下的(de)振動(dong)(dong)模態為(wei)架空管(guan)線振動(dong)(dong)，與(yu)現場觀(guan)察(cha)的(de)振動(dong)(dong)情(qing)況相同，而此幾階頻率(lv)(lv)正好落(luo)在(zai)前(qian)(qian)三(san)階激振頻率(lv)(lv)的(de)共(gong)振區內，故應對管(guan)系的(de)結構進(jin)行修(xiu)改。
上述分離(li)器出口架空管(guan)線振(zhen)動(dong)的主要(yao)原因是用(yong)來支承的立柱(zhu)的剛(gang)(gang)度較低，由于(yu)管(guan)線較高（EL＋7000），立柱(zhu)的剛(gang)(gang)度設(she)計很(hen)難滿足要(yao)求(qiu)。故必須將此架空管(guan)線修改為沿地面(mian)敷設(she)，在地面(mian)設(she)管(guan)墩(dun)支承。
修改后(hou)的(de)管系固有頻(pin)率計算(suan)如(ru)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)階頻(pin)率(lv)都(dou)完全(quan)避開了激振主頻(pin)的共(gong)振頻(pin)率(lv)區。
4. 推薦方案(an)要(yao)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）。
