1.1基本概念
气流脉动：气体管道内的气体通常被称为气柱。
因为气体可以压缩，膨胀，故气柱本身是具有连续质量的弹性振动系统。这个系统受到激发后，就会产生振动响应。往复压缩机工作时向管道内间歇地吸气和排气，激发管内气柱，并使气柱振动，表现为管道内气体的压力和速度呈周期性的变化，这种现象称为气流脉动。气流脉动产生的激振力就是导致管道振动的干扰力，也就是管道产生的振源。
管道的机械振动：脉动气体遇到弯头，孔板，变径管，阀门等元件后将产生周期性变化的激振力，该力导致管道的机械振动。
气柱的固有频率：当管道的长度，管径，容器的位置，气体的性质及气体的压力，温度已知时，就确定了管道系统内气体本身所具有的自由振动频率。气柱的固有频率有多个，从一阶到多阶。
激发频率：指单位时间内外部干扰的次数。压缩机每秒钟向管道吸气或排气的次数，就是管道内气柱的激发频率。例如，某往复压缩机转数为297r/min，汽缸双作用，激发频率则为9.9Hz.
1.2气流脉动和振动产生的原因
往复压缩机管道剧烈振动的主要原因有两个：一是气体压力脉动过大，导致激振力过大；二是发生机械振动。有可能造成气体脉动过大的原因是压缩机主机的动力平衡性能欠佳，或者管道内气柱发生共振，且第二个原因*为常见。气柱发生共振的条件是机器的激发频率与气柱的某一固有频率相重合或非常接近时，气柱振动系统发生强烈的振动响应，此时压力脉动值达到*大。管道发生机械共振的条件是管道的固有频率与机器的激发频率过于接近，造成管道系统的强烈振动。因此，要减小管道的振动，必须减小管道内气体的脉动和避免发生管道的机械共振。
2气体脉动和管道振动的控制
2.1管道振动控制的3种近似设计方法气体的脉动会引起管路的振动，测量仪表的失灵，甚至会影响压缩机的性能。因此，在工程设计中必须考虑减小脉动值，减小其造成的不良影响。
管道内气柱的固有频率有多个，且是密布的，通常管道长度只能避开**阶和第二阶共振管长，其余高阶的气柱共振是无法避免的。因此，气柱的高阶振动响应总是存在的，即气体脉动始终存在，只是脉动幅值小，不构成危害。所以，往复压缩机管道在允许范围内存在某种程度的振动是正常现象，但应避免发生剧烈振动，否则可能导致管道破坏。在工程设计中应力求将脉动压力值控制在规范许用范围内。
目前，对往复压缩机管道气体压力脉动和管道振动的控制主要参考美国石油学会API618《石油，化工和气体工程用往复压缩机》。该标准规定了往复压缩机气体脉动的3种近似设计方法：
近似设计方法一：使用专利或根据经验设计的脉动抑制装置来控制脉动。合同中如有规定，还应对买方的管道系统进行简单的分析，为避免气柱的共振，确定重要管道的长度。该方法无需进行声学模拟分析。
近似设计方法二：使用脉动抑制装置和经过验证的声学模拟技术来控制脉动，同时通过图表等简化方法，根据跨距和支撑情况对管道各跨距进行固有频率计算，避开激振频率。这种方法在进行声学模拟时要同时考虑压缩机，脉动装置和管道系统以及它们之间的相互影响。
近似设计方法三：与设计方法二基本相同，但要对压缩机气缸和组件以及相连的管道进行固有频率和振型分析，并计算动应力。分析中应考虑声学特性（压力脉动）和机械特性（管道布置）的相互影响。
综上可以看出，近似方法一，只要求制造厂进行一些简单的简化分析，因此可靠性较差；近似方法二，虽然要求对管道系统进行详细的声学模拟分析，但在管道机械模拟分析方面过于简单，可靠性仍然较差；近似方法三，要求制造厂对机器和管道在声学和机械两方面进行分析和认可，可靠性*高。
按照近似设计方法的脉动抑制装置（缓冲罐）应满足以下要求。
2.2对循环应力峰-峰值的限制
API618《石油，化工和气体工程用往复压缩机》规定：在考虑应力集中因素的情况下，管道振动所产生的循环应力峰-峰值不得超过材料的疲劳持久极限。对于操作温度低于371℃的碳钢管道，疲劳持久极限是179.2MPa.
2.3管系机械振动的控制
当管系的机械固有频率与机器的激振频率接近时，管道系统将会产生共振。共振将会导致管系剧烈振动，损坏管路，管件，甚至造成管道的破裂而引起泄漏并造成危害。因此，在工程设计中必须使管系的固有频率远离机器的激振频率。
对应管系固有频率的控制，API618《石油，化工和气体工程用往复压缩机》没有明确的规定，工程上一般要求管系的固有频率要高出机器激振频率的1.2倍，而美国DRESSER-RAND公司要求高出1.41倍。
管系固有频率的调整通常是通过改变管道安装布置和调整管系支架来实现的。在实际中更常用的是通过增减支架来调整管系的固有频率。
3管道防振设计应注意的问题
目前，根据项目的实际情况，往复压缩机管道气体的压力脉动和管道振动的控制主要由压缩机供货商来负责。因此，在签订技术协议时就要充分考虑到这一问题，需要与供货商明确振动控制方面的设计分工，计算范围和技术要求；配管专业完成管道的设计后，将管道的布置，支架的设置以及工艺流程图等相关资料提交给供货商进行气体脉动和管道机械振动的计算；*终由机械专业确认供货商的计算结果是否满足API618《石油，化工和气体工程用往复压缩机》的要求。具体的工作步骤为：
**步，确定选用哪种近似设计方法和计算步骤。对于采用哪种设计方法可根据API618《石油，化工和气体工程用往复压缩机》的推荐表来选取。机器功率越大，出口压力越高，要求所做的分析也越详细。相应的计算步骤可根据API618《石油，化工和气体工程用往复压缩机》附录M执行。对于国内压缩机厂商，考虑到实际计算水平，加氢和重整装置中的大多数压缩机推荐采用近似设计方法三。
第二步，要求供货商完成设计内容和相关要求。
近似方法计算范围应包括从压缩机入口上游买方**个大容器至压缩机出口下游买方**个大容器在内的所有买方的主支管道和旁路管道。声学脉动振动计算应包括满负荷工况和部分负荷工况，各种气体条件以及单机运行，双机并联和多机并联工况。
第三步，将相关资料提交给供货商进行计算。
工程管道设计单位在完成管道设计后，将管道的布置，支架的设置等相关资料以及该范围内所涉及到的P&ID提交给供货商进行计算。
第四步，确认供货商计算结果的正确性。压缩机供货商对声学脉动振动进行计算，给出*终结果，并提供下列计算数据和图表：各气缸与缓冲罐连接法兰处的脉动值及其频谱；各缓冲罐与管道连接法兰处的脉动值及其频谱；各缓冲罐及包括缓冲罐进出口处的孔板在内的压力降；各缓冲罐，级间分液罐，级间换热器和各管道内部的不平衡力及其频谱；各管路的机械固有频率，管道中各考核点的受力情况及各支架的位置，管卡形式及支架处的受力情况。
设计单位在取得以上数据以后，检查制造厂的计算结果是否满足API618《石油，化工和气体工程用往复压缩机》对气体脉动值，以及对缓冲罐内部不平衡力的要求，如不能满足要求，须由制造厂和工程设计单位双方修改内部管路设计，直至满足要求。在避免管内气体发生气柱共振的同时，还应避免管道发生机械共振。为防止机械共振必须进行管道固有频率分析，由于机器的激振频率是不可更改的，所以当管路系统不能满足该要求时，须重新调整管路支撑。管道支撑的位置和型式参照制造厂的计算结果来执行。
4结束语
往复压缩机的管道振动是现场经常出现的问题，降低管内气流脉动是降振的根本措施。在缓冲罐的进出口处安装适当的孔板被证明能有效降低气流脉动。适当改善管道结构如缓冲罐支撑，管卡，对抗振是有效的。实践证明：根据本文推荐的设计方法进行设计的往复压缩机的管道在现场振动很小，能满足API618《石油，化工和气体工程用往复压缩机》的要求。
