Как обнаружить и смягчить вибрацию-вызванной потоком трубки в вертикальном теплообменнике из ПТФЭ?

Звук труб из ПТФЭ, пляшущих по опорным пластинам, представляет собой глубокий резонансный шум, исходящий из высокого вертикального теплообменника, и медленное увеличение давления со стороны корпуса-. Вибрация – это не просто шум, это длительный и постоянный процесс раздражения и износа, который может порезать трубку. Вибрация, вызванная потоком-, является признанной механической проблемой в вертикальном теплообменнике из ПТФЭ. Однако при соответствующей диагностике и целенаправленных мерах по смягчению последствий (т. е. добавлении промежуточных опор для труб и изменении положения патрубков со стороны корпуса-) проблему можно устранить до того, как произойдет выход из строя трубы.

Обнаружение вибрации на вертикальном трубчатом теплообменнике из ПТФЭ
Очень важно, чтобы обнаружение произошло на ранней стадии. Трубки из ПТФЭ более гибкие, чем металлические, и их собственная частота естественно ниже. Следующие данные показывают, что может присутствовать вибрация, вызванная потоком:

Слышное жужжание или низкочастотный грохот, который меняется в зависимости от скорости потока.

Падение давления на стороне корпуса-неожиданно увеличивается (закупорка каналов потока из-за разъедающихся частиц или деформация трубы)

Визуальные доказательства во время осмотра: - полированные участки, зазубрины или утончения на трубках в отверстиях опорной пластины; белый порошок (остатки износа ПТФЭ) на дне корпуса.

Повышенная утечка труб в местах соединения труб-с-трубной решеткой, вызванная циклическими изгибающими нагрузками.

При подозрении на вибрацию преобладающую частоту можно определить с помощью простого стетоскопа или измерения акселерометром на корпусе рядом с входным соплом. Собственную частоту самого длинного неопорного участка трубы следует рассчитать и сравнить с частотой образования вихрей бокового потока оболочки.

Физика вибраций, вызванных течением в вертикальной оболочке
Жидкость со стороны корпуса, часто агрессивная жидкость или газ, поступает в вертикальный теплообменник из ПТФЭ через впускное сопло. Два типичных метода возбуждения:

Образование вихрей - Когда жидкость проходит мимо каждой трубки из ПТФЭ, на выходе из нее возникают чередующиеся вихри, обеспечивающие переменную подъемную силу, перпендикулярную направлению потока. Резонанс возникает, когда частота утечки равна собственной частоте трубки, и возникают значительные колебания амплитуды.

Турбулентное колебание - Впускное сопло, расположенное под неудачным углом (например, тангенциальное или боковое-впуск без диффузора) направляет высокоскоростную струю непосредственно на пучок труб. Струя вызывает случайные колебания давления, которые сотрясают трубы, особенно в неподдерживаемой области вверху на входе.

Gravity wants to keep tubes vertical but a lengthy unsupported span of tubes (typically >1,5–2 м) весьма уязвим. Риск наибольший там, где боковая скорость корпуса наибольшая, сразу после входного сопла.

Стратегия смягчения последствий: усиление труб, успокоение потока
Решение состоит в том, чтобы затянуть трубки и успокоить поток. Два основных корректирующих действия проводятся по отдельности или в сочетании.

1. Установите опорные пластины промежуточной трубы.
За счет уменьшения длины без опоры трубок из ПТФЭ жесткость увеличивается, а собственная частота становится намного выше, чем частота образования вихрей. Дополнительные опорные пластины добавляются между существующими верхней и нижней трубными решетками в вертикальном теплообменнике.

Важные критерии проектирования дополнительных опорных пластин:

Материал — металлические пластины с -покрытием из ПТФЭ или футеровкой из фторполимера-, либо пластины из сплошного ПТФЭ достаточной толщины, чтобы избежать изгиба.

Зазор между отверстиями - Отверстия должны быть на 0,5–1,0 мм больше наружного диаметра трубки. Слишком сильно затянуто: трубка пережимается, изнашивается; слишком свободный: слишком большое боковое движение.

Выравнивание - Все опорные пластины должны быть точно выровнены с трубными решетками, чтобы трубы не погнулись во время сборки. Рекомендуется лазерное выравнивание или точные приспособления.

Количество и расстояние. Максимальный неопорный пролет должен быть уменьшен до точки, в которой собственная частота трубы превышает максимальную прогнозируемую частоту образования вихрей. Типичные трубы из ПТФЭ (наружный диаметр 6-12 мм) безопасны для скоростей воды со стороны корпуса до 1,5 м/с при пролетах 300–500 мм.

Для установки опорных пластин в существующий теплообменник необходимо снять пучок труб, просверлить или приварить монтажные стержни опорной пластины, а затем осторожную повторную-сборку. Это большая и простая модернизация.

2. Измените ориентацию сопла со стороны корпуса и установите противоударную пластину.
Воздухозаборник со стороны корпуса- является частой причиной вибрации. Тангенциальное сопло создает вихревой поток, который проходит по всей длине корпуса. Неправильно расположенное радиальное сопло (например, направленное прямо на пучок труб) создает струю с высокой-скоростью, которая попадает в верхние трубы.

Меры по смягчению последствий:

Измените входное сопло с тангенциального на радиальное, чтобы поток был направлен параллельно трубным решеткам или стенкам корпуса, а не пучку.

Установите противоударную пластину (диффузор или распределитель потока) непосредственно в корпусе напротив впускного патрубка. Пластина представляет собой плоский или изогнутый металлический лист, обычно с покрытием из ПТФЭ-, который прерывает струю и равномерно распределяет поток по поперечному-сечению корпуса.

Поместите перфорированную перегородку на входе или рядом с ним, чтобы снизить скорость до того, как он коснется пучка труб.

Эти модификации уменьшают максимальную скорость и устраняют вихревую составляющую, так что амплитуды как бафтинга, так и образования вихрей значительно уменьшаются.

Примечания по технической точности
Собственную частоту трубки следует поддерживать намного выше, чем частота образования вихрей. У труб из ПТФЭ модуль упругости низкий (приблизительно 400-500 МПа), поэтому даже средние пролеты (1 метр) могут резонировать при скорости потока всего 0,5-0,8 м/с. Расчет рекомендуется производить по уравнению балки Эйлера-Бернулли с фиксированными конечными условиями.

Скорость на стороне оболочки вблизи входного сопла наибольшая. Эта зона является ключевой зоной для срабатывания вибрации. Поэтому опорные пластины должны быть расположены ближе друг к другу в верхней части теплообменника, а входной диффузор должен быть правильно спланирован.

Практическая полевая проверка существующих подразделений
При вызове на место вибрационного вертикального теплообменника из ПТФЭ выполняется следующее:

Измерьте амплитуду и частоту вибрации на различных высотах с помощью акселерометра.

Установите критическую скорость образования вихрей, равную собственной частоте трубки.

Если теплообменник можно открыть, осмотрите внутренний пакет на наличие следов истирания трубок и износа отверстий опорной пластины.

Предложите переоборудование – добавьте 2-3 промежуточные опорные пластины, а если сопло тангенциальное, добавьте противоударную пластину. В качестве альтернативы можно спроектировать перемещение впускного сопла со стороны корпуса.

Абстрактный
Вибрация, создаваемая потоком в вертикальном теплообменнике из ПТФЭ, представляет собой механическую проблему, которую можно решить, предпочтительно на стадии проектирования, обеспечив соответствующую опору для труб и хорошо спроектированный-заборник со стороны корпуса-. Добавление промежуточных опорных пластин для труб и пластины, рассеивающей поток, к существующей вибрационной машине может заглушить шум и сохранить трубы. У нас есть опыт модернизации вертикальных теплообменников из ПТФЭ для снижения вибрации труб во многих химических и гальванических цехах. Тихий, спокойный пучок трубок – это здоровый пучок трубок. И при правильном проектировании вы можете вернуть эту тишину.