Якщо титановий нагрівач встановлено горизонтально в резервуарі десульфурації димових газів при рН 2,5, яка опорна відстань (600 мм проти . 900 мм) мінімізує -втому від вібрації потоку?

Резервуари для десульфурації димових газів зазвичай містять рідину з рН 2,5 і високим рівнем хлориду (10 000-30 000 частин на мільйон) і зважених часток, таких як гіпс і вапняк. Горизонтальні титанові нагрівачі підтримуються по своїй довжині з інтервалами. Завихрення та турбулентність через потік через труби від мішалок, рециркуляційних насосів або барботування газу Власна частота зменшується для прольоту гнучкої труби на відстані опори 900 мм. Частота вихрового викиду з типовою швидкістю потоку ДДГ від 0,5 до 2 м/с може спричинити резонанс труби та потенційно призвести до високої циклічної втоми. Власна частота трубки підвищується вище діапазону збудження за рахунок використання ближчої опорної відстані 600 мм, що зменшує амплітуду вібрації та пошкодження від втоми. Для труб діаметром 25 мм при швидкості потоку 1,5 м/с відстань 600 мм забезпечує безпечну роботу, тоді як відстань 900 мм призводить до резонансу та втомного руйнування протягом кількох місяців.

Потік-втома вібрації в пучках труб: механізм

Коли рідина тече через трубу, вихори по черзі викидаються з верхньої та нижньої поверхонь труби з частотою f_v=(St × V)/D, де St — число Струхаля (близько 0,2 для циліндрів), V — швидкість потоку, а D — зовнішній діаметр труби. Для трубки діаметром 25 мм при 1,5 м/с f_v становить приблизно 12 Гц. Якщо власна частота f_n трубки знаходиться в межах 20% від f_v, виникає резонанс і амплітуда вібрації збільшується в 10-50 разів. Втомне розтріскування є наслідком циклічних згинальних напруг на опорах. Межа втоми для титану марки 2 становить близько 200 МПа. У резонансі деформації можуть перевищувати 300 МПа, а втомна поломка може статися через 105-106 циклів, що означає тижні або місяці безперервної роботи. Власна частота залежить від відстані між опорами та пов’язана з оберненим квадратом довжини прольоту: f_n ∝ 1/L².

Кількісна власна частота та стійкість до втоми для різних опорних відстаней

Власну частоту та втомний ресурс було розраховано та підтверджено для титанової трубки 2 сорту з зовнішнім виглядом 25 мм і товщиною стінки 1,5 мм, заповненою ізоляцією з оксиду магнію та резистивним дротом. Власна частота для опорної відстані 600 мм становить 22–28 Гц, що перевищує звичайний діапазон частоти завихрення при швидкостях потоку 0,6–1,8 м/с (5–15 Гц). Амплітуда вібрації все ще нижча за 0,1 мм, а довговічність перевищує 10^8 циклів, що фактично є необмеженим для практичних цілей. Власна частота з відстанню 750 мм знаходиться в діапазоні 14–18 Гц, який перекривається з діапазоном осипання при швидкостях 1,0–1,3 м/с. Резонанс помірний з амплітудами 0,2–0,5 мм, а термін служби втоми знижується до 10 6 до 10 7 циклів, що становить 1–10 років залежно від умов течії. Власна частота падає до 9-12 Гц на відстані 900 мм. Це в діапазоні осипання для швидкостей 0,7-1,5 м/с. Високий ризик резонансу призводить до амплітуд 0,5–2 мм і довговічності до 104–105 циклів, що становить тижні або місяці. 1, відстань у 200 мм дає власну частоту 5–7 Гц і значний резонанс із типовими потоками, і не рекомендується для будь-якої тривалої експлуатації.

Вплив швидкості потоку та діаметра труби на критичний відстань

Вирішальна відстань між опорами є функцією зовнішнього діаметра труби та прогнозованого діапазону швидкості потоку. Діапазон завихрення становить 5-10 Гц для 20-міліметрової труби зі швидкістю потоку 0,5-1,0 м/с, а мінімальна відстань опори для уникнення резонансу становить 700 мм. Для труби 20 мм діапазон осипання становить 10-15 Гц зі швидкостями 1,0-1,5 м/с. Мінімальна відстань 600 мм. Для трубки діаметром 25 мм при швидкостях 0,5–1,0 м/с частота осипання становить 4–8 Гц, а мінімальна відстань становить 800 мм. Для труби діаметром 25 мм при швидкостях 1,0–1,5 м/с осипання становить 8–12 Гц і мінімальна відстань 650 мм. Для труби діаметром 25 мм і швидкістю 1,5–2,0 м/с пролиття становить 12–16 Гц, а мінімальна відстань становить 600 мм. Для 32-міліметрової труби зі швидкістю 1,5–2,0 м/с розсіювання становить 9–13 Гц, а мінімальна відстань становить 700 мм. Чим менша відстань між опорами необхідна для вищих швидкостей потоку, незалежно від діаметра труби.

Посібник із вибору інтервалів підтримки каналів ДДГ

У наведеній нижче таблиці наведено рекомендовані опорні відстані для горизонтальних титанових нагрівачів, що працюють із потоком десульфурації димових газів при рН 2,5 на основі розрахункової швидкості потоку та бажаного терміну служби втоми.

Діапазон швидкості потоку (м/с) Зовнішній діаметр труби (мм) Рекомендована відстань між опорами (мм) Очікувана довговічність Домінантна несправність, якщо відстань перевищена<0.8 20-25 900 > 10 yearsSlight vibration
>10 років 0.8-1.2 20 700 Вібраційна втома
0.8-1.2 25 800 >10 років Вібраційна втома
1.2-1.6 20 600 >10 років Вібраційна втома
1.2-1.6 25 650 5-10 років ВТОМА ВІБРАЦІЇ
1,6–2.0 20 550 5–10 роківЕрозія-корозія може домінувати2,0 Будь-які 500<5 years Combined flow impacts
Розробка поза опорними відстанями

Матеріал опори має великий вплив на довговічність. Жорсткі опори, приварені до труби, передають повне вібраційне навантаження. Гнучкі опори, такі як затискачі з PTFE-підкладкою, зменшують вібрацію на 30-50%. Жорсткість на вигин залежить від товщини стінки труби, і стінка товщиною 2,0 мм забезпечує в 2,4 рази більшу жорсткість на згин, ніж стінка товщиною 1,5 мм, що дозволяє збільшити відстань між опорами на 15–20%. Сорт титану (клас 2 проти класу 7) не впливає на жорсткість або стійкість до втоми, оскільки вони мають однакові модулі пружності. Хімічний склад води FGD (pH 2,5, високий вміст хлоридів) помітно не прискорює розвиток втомного руйнування, доки труба залишається пасивною. При наявності корозійних ямок, які працюють як концентратори напружень, втомна довговічність знижується на 50-90%. Гарне заземлення для уникнення блукаючих струмів також знижує локальну корозію, яка може стати місцем розвитку тріщин.

Створення обґрунтованої-специфікації

Розрахуйте передбачувану швидкість потоку через труби для горизонтального титанового нагрівача в стоках скрубера ДДГ при рН 2,5. Для швидкостей від 1,0 до 1,5 м/с, типових для резервуарів ДДГ із перемішуванням, вкажіть відстань між опорами 600 мм для трубок із зовнішнім діаметром 20 мм або 650 мм для трубок 25 мм. Потрібні гнучкі опори (затискачі з PTFE), а не жорсткі зварні кронштейни. Існуючі обігрівачі з прольотом 900 мм і вібрацією повинні мати проміжні опори для зменшення прольоту до 600 мм. Для введення в експлуатацію використовуйте акселерометр для вимірювання амплітуди вібрації трубки. Якщо амплітуда перевищує 0,2 мм за будь-яких умов потоку, додайте опори або зменшіть швидкість насоса. Інженер вибирає правильну відстань між опорами, 600 мм замість 900 мм, щоб мінімізувати-втому вібрації, спричинену потоком, для довгострокової-надійності в умовах суворої експлуатації стічних вод ДДГ.