Як виявити та пом’якшити вібрацію труби-, спричинену потоком, у вертикальному PTFE теплообміннику?

Звук PTFE трубок, що танцюють на опорних пластинах, — це глибоке резонансне дзижчання високого вертикального теплообмінника та повільне збільшення тиску-з боку корпусу. Вібрація – це не просто шум, це тривалий, постійний процес руйнування та зношування, який може порізати трубу. Вібрація-, викликана потоком, є загальновизнаною механічною проблемою у вертикальному PTFE теплообміннику. Однак за допомогою відповідної діагностики та цілеспрямованого пом’якшення (тобто додавання проміжних опор для труб і зміна положення сопла-збоку корпусу) проблему можна усунути до того, як трубка вийшла з ладу.

Виявлення вібрації на вертикальному теплообміннику з PTFE
Важливо, щоб виявлення відбувалося рано. PTFE трубки є гнучкими, ніж металеві трубки, і їхня власна частота, природно, низька. Нижче показано, що може бути вібрація, спричинена потоком:

Чутне дзижчання або низькочастотний гул, який змінюється залежно від швидкості потоку.

Падіння тиску-на стороні кожуха неочікувано збільшується (закупорка каналів потоку уламками, що тріскаються, або деформацією труби)

Візуальні докази під час обстеження - поліровані ділянки, виїмки або потоншення на трубках в отворах опорної пластини; білий порошок (уламки зносу PTFE) у нижній частині корпусу.

Більше протікання труб у місцях з’єднання-з-трубною решеткою через циклічні навантаження на вигин.

Якщо є підозра на вібрацію, простий стетоскоп або вимірювання акселерометром на корпусі біля вхідного сопла визначить переважаючу частоту. Власну частоту найдовшого непідкріпленого проміжку труби слід обчислити та порівняти з частотою вихрового розриву бокового потоку оболонки.

Фізика вібрації, спричиненої потоком у вертикальній оболонці
Рідина з боку корпусу, часто корозійна рідина або газ, надходить у вертикальний PTFE обмінник через вхідне сопло. Два типових способи збудження

Вихрове виділення - Коли рідина проходить повз кожну трубку з ПТФЕ, чергуються завихрення генеруються вниз за течією, створюючи змінні підйомні сили, перпендикулярні до напрямку потоку. Резонанс виникає, коли частота відсіву дорівнює власній частоті трубки, і виникають значні амплітудні коливання.

Турбулентне бафетування - Впускне сопло під неправильним кутом (наприклад, тангенціальне або бічний-вхід без дифузора) спрямовує струмінь високої швидкості прямо на пучок труб. Струмінь викликає випадкові коливання тиску, які трясуть труби, особливо в непідтримуваній частині у верхній частині входу.

Gravity wants to keep tubes vertical but a lengthy unsupported span of tubes (typically >1,5-2 м) є досить вразливим. Ризик найбільший там, де бічна швидкість оболонки найбільша, безпосередньо за вхідним соплом.

Стратегія пом'якшення: посилення трубок, заспокоєння потоку
Виправлення полягає в тому, щоб затягнути трубки та заспокоїти потік. Два основних корекційних заходу проводяться окремо або в комплексі.

1. Встановіть опорні пластини проміжної труби
Завдяки зменшенню непідтримуваної довжини PTFE труб, жорсткість збільшується, і власна частота стає набагато вищою за частоту вихрового викиду. Додаткові опорні пластини додаються між існуючими верхньою та нижньою трубними решетками у вертикальному теплообміннику.

Важливі критерії конструкції для додаткових опорних пластин:

Матеріал – металеві пластини з-покриттям PTFE або фторполімером-або тверді пластини PTFE достатньої товщини, щоб уникнути згинання.

Зазор між отворами - Отвори мають бути на 0,5–1,0 мм більші за зовнішній діаметр труби Занадто щільно: защемлення труби, знос; занадто вільний: занадто сильний бічний рух.

Вирівнювання - Усі опорні пластини мають бути точно вирівняні з трубними решетками, щоб труби не згиналися під час складання. Рекомендується лазерне вирівнювання або точні джиги.

Кількість і відстань – максимальний непідтримуваний проліт має бути зменшений до точки, де власна частота труби буде вище найвищої прогнозованої частоти вихрового викиду. Типові PTFE труби (6-12 mm OD) безпечні для швидкості води з боку корпусу до 1,5 м/с, якщо прольоти становлять 300-500 мм.

Додавання опорних пластин до наявного теплообмінника передбачає видалення пучка труб, свердління або зварювання монтажних стрижнів опорної пластини, а потім обережне повторне-складання. Це велика, проста модернізація.

2. Змініть орієнтацію бокового сопла оболонки та забезпечте опорну пластину
Частою причиною вібрації є-забірна сторона корпусу. Тангенціальна форсунка створює вихровий потік, який проходить по всій довжині корпусу. Неправильно розташоване радіальне сопло (наприклад, спрямоване прямо на трубний пучок) виробляє струмінь із високою-швидкістю, який потрапляє на верхні труби.

Заходи пом'якшення:

Змініть вхідне сопло з тангенціального на радіальне, щоб потік був спрямований паралельно трубним решеткам або стінці корпусу, а не пучку.

Встановіть опорну пластину (дифузор або розподільник потоку) безпосередньо в кожух навпроти впускного сопла. Пластина — це плоский або зігнутий металевий лист, як правило, покритий PTFE-, який розриває струмінь і рівномірно розподіляє потік по-перерізу оболонки.

Помістіть перфоровану перегородку біля входу або біля нього, щоб знизити швидкість, перш ніж він торкнеться пучка труб.

Ці модифікації зменшують максимальну швидкість і усувають завихрювальний компонент таким чином, що амплітуди ударів і вихорів значно зменшуються.

Примітки щодо технічної точності
Власна частота трубки повинна бути набагато вищою за частоту вихорів. Для PTFE трубок модуль пружності низький (приблизно 400-500 МПа), тому навіть помірні прольоти (1 метр) можуть резонувати при швидкості потоку до 0,5-0,8 м/с. Розрахунок рекомендується проводити за рівнянням балки Ейлера-Бернуллі з фіксованими кінцевими умовами.

Швидкість з боку оболонки біля вхідного сопла найбільша. Ця зона є ключовою для тригера вібрації. Таким чином, опорні пластини повинні бути розташовані ближче до верхньої частини теплообмінника, а вхідний дифузор повинен бути правильно спланований.

Практична польова інспекція існуючих підрозділів
Під час виклику на вібраційному вертикальному теплообміннику з PTFE виконується наступне:

Виміряйте амплітуду та частоту вібрації на різних висотах за допомогою акселерометра.

Встановіть критичну швидкість розриву вихру такою, щоб вона дорівнювала власній частоті трубки.

Якщо теплообмінник можна відкрити, перевірте внутрішню частину пучка на наявність слідів тріщення труб і зносу отворів опорної пластини.

Запропонуйте заміну – додайте 2-3 проміжні опорні пластини, а якщо сопло тангенціальне, додайте опорну пластину. В якості альтернативи можна спроектувати переміщення впускного сопла з боку корпусу.

Анотація
Вібрація, спричинена потоком у вертикальному теплообміннику з ПТФЕ, є механічною проблемою, яку можна вирішити, бажано на етапі проектування, забезпечивши відповідну опору труби та добре-спроектовану -забірну трубу збоку. Додавання до наявної вібраційної машини проміжних опорних пластин для труб і пластини-для розсіювання потоку може заглушити гул і зберегти труби. Ми маємо досвід модернізації вертикальних теплообмінників з PTFE для зменшення вібрації труб у багатьох хімічних цехах і цехах з виробництва покриттів. Тихий, спокійний трубний пучок – здоровий трубний пучок. І за допомогою правильної розробки ви можете повернути цю тишу.